Làm thế nào để xác định hướng của lực từ do từ trường tác dụng lên một đoạn dòng điện?
Dựa vào các thí nghiệm
Khi đặt một đoạn dây dẫn mang dòng điện trong từ trường, nó chịu tác dụng của lực từ, để xác định hướng của lực từ, ta có thể tiến hành thí nghiệm sau:
Dụng cụ
- Khung dây dẫn (1).
- Nam châm (2)
- Lò xo (3).
- Giá treo (4).
- Dây dẫn được nói đến nguồn điện (5).
Phương án thí nghiệm
+ Tìm hiểu công dụng của từng dụng cụ đã cho
+ Thiết kế phương án thí nghiệm để tìm phương của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện bằng các dụng cụ này
Tiến hành
- Lắp đặt các dụng cụ như Hình 2.1.
- Treo khung dây để mặt phẳng khung dây vuông góc với đường sức từ của nam châm: cạnh AB của khung nằm ngang trong vùng từ trường đều ở khoảng không gian giữa hai cực của nam châm.
- Cho dòng điện có cường độ / chạy qua khung dây với chiều từ A đến B và quan sát hiện tượng xảy ra với khung dây.
- Đối chiếu cường độ dòng điện chạy qua khung dây và quan sát hiện tượng xảy ra với khung dây
Kết quả
- Khi có dòng điện chạy qua khung dây theo chiều từ A đến B, khung dây bị kéo thẳng đứng xuống dưới. Điều này cho thấy, lực từ tác dụng lên AB có phương thẳng đứng, vuông góc với cả đoạn dòng điện AB và đường sức từ (Hình 2.2).
Các bài tập cùng chuyên đề
Tính chất cơ bản của từ trường là gây ra lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong từ trường đó. Vậy lực từ có đặc điểm như thế nào?
Thí nghiệm
Chuẩn bị: Thiết bị thí nghiệm gồm:
- Hộp gỗ có gắn các thiết bị dưới đây:
+ Nam châm điện có gắn hai tấm thép (1).
+ Đòn cân (2) có gắn gia trọng (3) và khớp nối với khung dây dẫn (4).
+ Hai ampe kế có giới hạn đo 2 A (5), (6).
+ Hai biến trở xoay 100 S -2 A (7).
+ Hai công tắc dùng để đảo chiều dòng điện qua nam châm điện và khung dây (8), (9).
- Khung dây n = 200 vòng có chiều dài một cạnh l = 10 cm (10).
- Lực kế có giới hạn đo 0,5 N (11).
- Đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện (12).
Nguồn điện một chiều, điện áp 12 V (13) và các dây nối.
Tiến hành:
- Nối hai cực của nguồn điện DC với hai chốt cắm trên hộp gỗ. Cắm khung dây vào khớp nối trên đòn cân, sao cho cạnh dưới của khung dây nằm trong từ trường của nam châm.
- Đóng công tắc điện.
Thực hiện các yêu cầu sau:
1. Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra với khung dây.
2. Quan sát đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện, các cực của nguồn điện nối với khung dây, chiều chuyển động của khung dây, từ đó xác định chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm điện, chiều dòng điện và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện I trong từ trường.
3. Dự đoán hiện tượng xảy ra nếu đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện hoặc khung dây.
4. Đề xuất cách xác định chiều của lực từ.
Sử dụng quy tắc bàn tay trái để kiểm chứng chiều của lực từ tác dụng lên thanh kim loại M1M2 trong Hình 15.2.
Ba dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường như Hình 15.4.
1. Hãy xác định phương và chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn ở Hình 15.4a, 15.4b.
2. Trong trường hợp Hình 15.4c, có lực từ tác dụng lên dây dẫn không? Dự đoán lực từ còn phụ thuộc vào yếu tố nào khác?
1. Xét một đoạn dây dẫn thẳng có chiều dài L = 1 m, có dòng điện I = 3 A chạy qua được đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 5.10-2 T. Hãy xác định độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện nếu phương của dây dẫn hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 60°.
2. Một dây dẫn dài 50 cm có dòng điện chạy qua được đặt vuông góc với từ trường có độ lớn cảm ứng từ là 5 mT.
a) Nếu có 1018 electron chạy qua dây dẫn trong mỗi giây thì cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn bằng bao nhiêu? (Cho biết độ lớn điện tích electron là \(\left| e \right| = 1,{60.10^{ - 19}}C\)
b) Tính độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn.
a) Từ công thức (15.1), hãy cho biết để xác định cảm ứng từ thì cần đo các đại lượng nào?
b) Nên đặt góc α bằng bao nhiêu? Tại sao?
c) Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm để đo được cảm ứng từ của nam châm điện.
- Tính \(\frac{F}{{IL}}\)và điền vào bảng như ví dụ minh họạ ở Bảng 15.1.
- Tính giá trị trung bình, sai số phép đo độ lớn cảm ứng từ B của từ trường nam châm.
Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm:
Nhận xét về nguyên nhân gây ra sai số của phép đo và đề ra giải pháp để giảm sai số đó.
Hình 20.6 là ảnh chụp thí nghiệm đo lực từ của nam châm vĩnh cửu tác dụng lên đoạn dây dẫn đặt trong từ trường.
Biết dây dẫn được cố định vào giá thí nghiệm (1) sao cho phương của đoạn dây dẫn (2) nằm ngang vuông góc với vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow B \)của nam châm (3) và không chạm vào nam châm nằm trên cân. Số liệu thí nghiệm thu được như trong Bảng 20.1. Trong đó L là chiều dài đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường, F là độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn, I là cường độ dòng điện.
a) Vì sao sử dụng cân điện tử như trong Hình 20.6 có thể xác định được độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây?
b) Từ số liệu trong bảng, hãy tính độ lớn cảm ứng từ B của nam châm.
Loa điện động là thiết bị biến đổi tín hiệu điện thành dao động cơ học, từ đó tạo ra sóng âm lan truyền ra môi trường vật chất. Bộ phận thực hiện nhiệm vụ này là củ loa (Hình 10.1) có cầu tạo cơ bản gồm cuộn dây được đặt trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu, cuộn dây cũng đồng thời được nối với màng loa. Khi có dòng điện thay đổi qua cuộn dây, cuộn dây sẽ dao động làm cho màng loa cũng dao động tạo ra sóng âm. Vậy lực nào làm cho cuộn dây dao động?
Bố trí thí nghiệm như Hình 10.2, thực hiện thí nghiệm theo các bước gợi ý để xác định phương, chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường
Quan sát bố trí thí nghiệm trong Hình 10.2, hãy trình bày nguyên tắc đo lực từ
Hãy dự đoán chiều dịch chuyển của đoạn dây nằm trong từ trường phụ thuộc vào những yếu tố nào. Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng
Xét đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện được đặt trong từ trường có các đường sức từ song song với đoạn dây. Có thể sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dân trong trường hợp này không? Thảo luận để rút ra lưu ý của quy tắc bàn tay trái.
Xác định phương và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện 1 đặt trong từ trường đều như Hình 10.5. Biết dòng điện I có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ.
Dựa vào kiến thức đã học về lực từ cũng như tìm hiểu trên sách, báo, internet... em hãy trình bày sơ lược về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của loa điện động.
Độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện phụ thuộc vào các yếu tố nào?
Xét đoạn dây dẫn thẳng, dài mang dòng điện đặt trong từ trường đều theo phương vuông góc với đường sức từ. Hình vẽ nào dưới đây biểu diễn đúng phương, chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn?
Đặt một khung dây dẫn hình chữ nhật mang dòng điện có cường độ I trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây như Hình 10P.1. Xác định lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây
Giải thích tại sao độ lớn lực từ F tác dụng lên cạnh của khung dây đặt trong từ trường bằng F2 - F1
Ta đã biết, đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường là cường độ điện trường. Đại lượng nào đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường?
Mô tả chiều của lực điện tác dụng lên điện tích ở trong điện trường.
Dụng cụ
- Khung dây dẫn (1).
- Nam châm (2)
- Lò xo (3).
- Giá treo (4)
- Dây dẫn được nối đến nguồn điện (5).
Phương án thí nghiệm
+ Tìm hiểu công dụng của từng dụng cụ đã cho
+ Thiết kế phương án thí nghiệm để tìm phương của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện bằng các dụng cụ này.
Tiến hành
- Lắp đặt các dụng cụ như Hình 2.1.
- Treo khung dây để mặt phẳng khung dây vuông góc với đường sức từ của nam châm; cạnh AB của khung nằm ngang trong vùng từ trường đều ở khoảng không gian giữa hai cực của nam châm.
- Cho dòng điện có cường độ 1 chạy qua khung dây với chiều từ A đến B và quan sát hiện tượng xảy ra với khung dây.
- Đối chiều cường độ dòng điện I chạy qua khung dây và quan sát hiện tượng xảy ra với khung dây.
Kết quả
- Khi có dòng điện chạy qua khung dây theo chiều từ A đến B, khung dây bị kéo thẳng đứng xuống dưới. Điều này cho thấy, lực từ tác dụng lên AB có phương thẳng đứng, vuông góc với cả đoạn dòng điện AB và đường sức từ (Hình 2.2).
Trường hợp nào trong Hình 2.4 có lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện? Tìm phương và chiều của lực từ trong trường hợp đó.
Dùng quy tắc bàn tay trái nghiệm lại chiều của lực từ giữa hai dòng điện thẳng như Hình 2.5.
Trong sơ đồ thí nghiệm ở Hình 2.6, dòng điện đi qua đoạn dây dẫn nằm trong từ trường có thể từ trái sang phải hoặc từ phải sang trái.
Dòng điện đi theo chiều nào thì số chỉ của cân tăng lên so với khi chưa có dòng điện trong khung dây?
Tại sao thông qua số chỉ của cân có thể biết được độ lớn của lực từ?
Một dây dẫn dài 50 cm mang dòng điện được đặt vuông góc với một từ trường có B= 5,0 mT.
a) Nếu trong mỗi giây có 1018 electron đi qua tiết diện thẳng của dây dẫn thì cường độ dòng điện là bao nhiêu? (e= 1,6.10-19 C).
b) Tính độ lớn lực từ tác dụng lên dây dẫn.
Lực từ tác dụng lên một đoạn dây có dòng điện đặt trong từ trường đều không tỉ lệ với đại lượng nào sau đây?
A. Cường độ dòng điện trong đoạn dây.
B. Chiều dài của đoạn dây.
C. Góc hợp bởi đoạn dây và đường sức từ.
D. Cảm ứng từ tại điểm đặt đoạn dây.
Một đoạn dây dẫn AB có dòng điện chạy qua được đặt cố định trong từ trường đều như Hình 1. Tìm hướng của lực từ tác dụng lên dây dẫn.
Một đoạn dây dẫn mang dòng điện có cường độ 5,2 A nằm trong một từ trường đều và vuông góc với cảm ứng từ \(\overrightarrow B \). Biết \(\overrightarrow B \) có độ lớn là 19 mT và lực tác dụng lên dây có độ lớn 1,2.10-2 N. Tìm chiều dài của đoạn dây dẫn nằm trong từ trường.
