I. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài
Tại một điểm khảo sát cách dòng điện thẳng dài một khoảng r, vectơ cảm ứng từ có phương vuông góc với bán kính nối điểm khảo sát với tâm O [giao của dòng điện với mặt phẳng chứa vuông góc với dòng điện chứa điểm khảo sát].
+ Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I một khoảng r trong chân không được tính bằng công thức: B = \[k\dfrac{I}{r}\]
Trong hệ số SI, hệ số có tỉ lệ k có giá trị bằng 2.10-7.
Vậy: B = 2.10-7.\[\dfrac{I}{r}\] [21.1]
Trong đó, I tính ra ampe [A], r tính ra mét [m], B tính ta tesla [T].
Dựa vào đặc điểm của vec tơ cảm ứng từ ta có phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tuân theo quy tắc nắm tay phải.
II. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn
+ Độ lớn cảm ứng từ B ở tâm dây dẫn tròn bán kính R có dòng điện I chạy qua, được tính bằng công thức:
Vectơ cảm ứng từ có hướng trùng với hướng của đường sức trong lòng vòng dây
B = 2π10-7.\[\dfrac{I}{r}\] [21.1a]
Với R là bán kính của khung dây tròn. Nếu khung dây tròn tạo bởi N vòng dây sít nhau thì:
B = 2π10-7.N.\[\dfrac{I}{r}\] [21.1b]
trong đó, I đo bằng ampe [A], R đo bằng mét [m].
Tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện qua, vectơ cảm ứng từ có phương trùng với trục ống dây, có chiều tuân theo quy tắc nắm tay phải.
III. Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ.
Ống dây có dòng chạy qua:
-Bên trong ống dây, các đường sức từ song song với trục ống dây và cách đều nhau. Nếu ống dây đủ dài [chiều dài rất lớn so với đường kính của ống dây và cách ống] thì đường bên trong ống dây là từ trường đều. Bên ngoài ống, đường sức từ có dạng giống đường sức từ của nam châm thẳng. Cảm ứng từ trong long ống dây được cho bởi công thức: B = 4π.10-7\[\dfrac{N}{l}I\] [21.3a]
trong đó N là tổng số vòng dây, l là độ dài hình trụ. Chú ý rằng \[\frac{N}{l}\] = n = số vòng dây quấn trên một đơn vị dài của lõi, vậy cũng có thể viết:
B = 4π.10-7nI [21.3b]
-Chiều các đường sức từ trong lòng ống dây được xác định theo quy tắc nắm tay phải: Khum bàn tay phải sao cho chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều dòng điện chạy qua ống dây, thì ngón choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trong lòng ống dây.
Mô phỏng từ trường trong dây dẫn đặc biệt
IV. Từ trường của nhiều dòng điện
Phương pháp tính toán tương tự như đối với cường độ điện trường gây bởi nhiều điện tích điểm. Nghĩa là từ trường do nhiều dòng điện gây ra tuân theo nguyên lý chồng chất: Vectơ cảm ứng từ tại một điểm, do nhiều dòng điện gây ra bằng tổng các vectơ cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra tại điểm ấy.
Sơ đồ tư duy về từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt
Dưới đây là bài tập trắc nghiệm chương 4: từ trường vật lí lớp 11 theo từng bài học có đáp án và hướng dẫn giải. Nội dung câu hỏi gồm các bài: từ trường, lực từ – cảm ứng từ, từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt, lực lo – ren – xơ. Bài tập được viết dưới dạng word gồm 13 trang. Các bạn xem và tải về ở dưới.
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 21: Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
C1 trang 130 SGK: Hãy xác định chiều dòng điện trên hình 21.2b
Trả lời:
Theo quy tắc nắm tay phải, dòng điện trong dây dẫn có chiều từ phải sang trái như hình vẽ.
C3 trang 132 SGK: Cho hai dòng điện I1 = I2 = 6A chạy trong hai dây dẫn dài, song song cách nhau 30cm theo cùng một chiều như hình 21.5. Tìm một điểm trên đoạn O1O2 trong đó cảm ứng tư tổng hợp bằng 0.
Trả lời:
Do hai dây dẫn mang dòng điện cùng chiều nên vị trí mà tại điểm đó có cảm ứng từ tổng hợp bằng 0 phải nằm trên đoạn O1O2 như hình 21.5
Ta có:
Suy ra B1 = B2 mà I1 = I2
Vây tại trung điểm của đoạn O1O2 thì cảm ứng từ tổng hợp bằng không.
Lời giải:
– Cảm ứng từ tại một điểm:
+ Tỉ lệ với cường độ dòng điện I gây ra từ trường;
+ Phụ thuộc dạng hình học của dây dẫn;
+ Phụ thuộc vào vị trí của điểm đang xét;
+ Phụ thuộc vào môi trường xung quanh.
a] song song với dây?
b] Vuông góc với dây?
c] theo một đường sức từ xung quanh dây?
Lời giải:
Cảm ứng từ tại một điểm M trong từ trường của dòng điện thẳng dài được tính bằng công thức:
a] Khi điểm ấy dịch chuyển song song với dây thì B không thay đổi vì khoảng cách từ điểm đó đến dòng điện không đổi.
b] Khi điểm ấy dịch chuyển vuông góc với dây thì B:
+ Tăng dần nếu điểm dịch chuyển đến gần dây dẫn do r giảm
+ giảm dần nếu điểm đó dịch chuyển ra xa dây dẫn do r tăng.
c] Khi điểm ấy dịch chuyển theo một đường sức từ xung quanh dây thì B Không đổi vì khoảng cách từ điểm đó đến dòng điện không đổi.
Độ lớn cảm ứng từ tại tâm một dòng điện tròn
A. Tỉ lệ với cường độ dòng điện
B. Tỉ lệ với chiều dài đường tròn
C. Tỉ lệ với điện tích hình tròn
D. Tỉ lệ nghich với diện tích hình tròn.
Lời giải:
Độ lớn cảm ứng từ tại tâm một dòng điện
=> B tỉ lệ với cường độ dòng điện.
Đáp án: A
Cảm ứng từ trong lòng ống dây điện hình trụ
A.luôn bằng 0.
B.tỉ lệ với chiều dài ống dây.
C.là đồng đều.
D.tỉ lệ với tiết diện ống dây.
Lời giải:
Cảm ứng từ trong lòng ống dây điện hình trụ là đồng đều.
Đáp án: C
Lời giải:
Cảm ứng từ bên trong ống 1
Cảm ứng từ bên trong ống 2
Vậy B2 > B1
Lời giải:
Cảm ứng từ tại O2 do dòng điện I1 gây ra:
Cảm ứng từ tại O2 do dòng điện I2 gây ra:
Cảm ứng từ tổng hợp tại O2:
+ Trường hợp dòng điện trong vòng dây thứ hai chạy theo chiều kim đồng hồ [như hình 21.6a]
Khi này
+ Trường hợp dòng điện trong vòng dây thứ hai chạy ngược chiều kim đồng hồ [như hình 21.6b].
Khi này
B có phương vuông góc với mặt phẳng chứa hai dòng điện, chiều hướng ra [cùng chiều với B2].
Lời giải:
Gọi M là điểm mà tại đó cảm ứng từ tổng hợp bằng 0.
Ta có:
Suy ra:
Do đó tập hợp những điểm M cần tìm phải nằm trên mặt phẳng chứa hai dây dẫn I1 và I2.
Từ hình 21.5:
+ Nếu M nằm ngoài khoảng cách giữa dây [1] và dây [2] thì:
+ Nếu M nằm giữa khoảng cách dây [1] và dây [2] thì:
Do I1 > I2 nên điểm M nằm gần dây [2] hơn.
Ta có: r1 + r2 = 50cm [∗]
Thay [∗∗] vào [∗] ta tìm được r1 = 30cm và r2 = 20cm
Vậy: tập hợp những điểm M có B = 0 là đường thẳng thuộc mặt phẳng chứa dây [1] và dây [2], nằm giữa dây [1] và dây [2], cách dây I1 30cm, dây I2 20cm
Đáp án: cách dây thứ nhất 30cm