1 PHẦN IV TỪ TRƯỜNG I KIẾN THỨC CƠ BẢN 1 Từ trường + Xung quanh mỗi nam châm hay mỗi dòng điện tồn tại một từ trường + Từ trường là một dạng vật chất mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện lực từ tác dụn[.]
PHẦN IV TỪ TRƯỜNG I KIẾN THỨC CƠ BẢN Từ trường + Xung quanh nam châm hay dòng điện tồn từ trường + Từ trường dạng vật chất mà biểu cụ thể xuất lực từ tác dụng lên nam châm hay dịng điện đặt khoảng khơng gian có từ trường + Tại điểm khơng gian có từ trường, hướng từ trường hướng Nam - Bắc kim nam châm nhỏ nằm cân điểm + Đường sức từ đường vẽ khơng gian có từ trường, cho tiếp tuyến điểm có phương trùng với phương từ trường điểm + Các tính chất đường sức từ: Tại điểm từ trường vẽ đường sức từ Các đường sức từ đường cong kín, cịn gọi từ trường xoáy Nơi cảm ứng từ lớn đường sức từ dày hơn, nơi cảm ứng từ nhỏ đường sức từ vẽ thưa Cảm ứng từ + Tại điểm khơng gian có từ trường xác định véc tơ cảm ứng từ: Có hướng trùng với hướng từ trường; F Có độ lớn B = , với F độ lớn lực từ tác dụng lên phần tử I. dòng điện có độ dài , cường độ I, đặt vng góc với hướng từ trường điểm Đơn vị cảm ứng từ tesla (T) Từ trường từ trường mà cảm ứng từ điểm Đường sức từ từ trường đường thẳng song song, cách Chuyên đề TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY DẪN CĨ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT Dạng Từ trường dây dẫn có hình dạng đặc biệt A Phương pháp giải Từ trường dòng điện chạy dây dẫn thẳng dài vô hạn + Đường sức từ dịng điện thẳng có dạng đường trịn đồng tâm + Chiều đường sức từ xác định theo quy tắc nắm tay phải: “Đặt bàn tay phải nắm lấy dây dẫn M cho chiều ngón chiều dịng điện, chiều quấn ngón tay cịn lại chiều B đường sức từ” Chiều vectơ B + Độ lớn cảm ứng từ dịng điện điể thẳng dài vơ hạn gây I điểm: B = 2.10−7 r Trong đó: B cảm ứng từ (T), I cường độ dòng điện chạy dây dẫn (A), r khoảng cách từ dây dẫn đến điểm xét Cảm ứng từ điểm M cách dây dẫn Quy tắc nắm đoạn r dây dẫn điện có: + Điểm đặt M + Phương phương tiếp tuyến với đường tròn (O, r) M + Chiều chiều đường sức từ Chú ý: Nếu dây dẫn có chiều dài hữu hạn cảm ứng từ dây dẫn gây M tính theo công thức: I = B 10−7 ( sin α1 + sin α ) r I : Cêng ®é dòng điện (A) O Trong= ú: r OM ( m ) khoảng cách từ M đến dây AB I = = α BMO α1 AMO, π Nhận thấy AB = ∞ ⇒ α1 =α = bàn A α α M B B I π π I = ⇒ B 10−7 sin = + sin 2.10−7 r 2 r Từ trường dòng điện chạy dây dẫn uốn thành vòng tròn + Các đường sức từ có chiều xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải: “Khum ban tay phải theo chiều dịng điện vịng dây, ngón chỗi chiều đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện” I + Độ lớn cảm ứng từ tâm vịng dây có độ lớn: B= 2π.10−7 r Trong đó: r bán kính vịng dây (m), I cường độ dòng điện (A) I.N + Nếu khung dây gồm N vịng dây quẫn sít thì: B= 2π.10−7 r Dạng đường sức dòng Quy tắc nắm bàn tay phải với dòng điện Từ trường dịng điện chạy ống dây dẫn hình trụ + Bên ống dây, đường sức song song với trục ống dây cách (nếu chiều dài ống dây lớn nhiều so với đường kính tiết diện ngang từ trường đều) + Chiều đướng sức bên ống dây xác định theo quy tắc nắm tay phải “đặt bàn tay phải nắm lại dọc theo ống dây, chiều quấn ngón tay chiều dịng điện, chiều tiến ngón chiều đường sức từ bên ống dây” N.I + Độ lớn cảm ứng từ bên ống dây: B = 4π.10−7 = 4π.10−7 n.I Trong đó: N số vịng dây ống dây, chiều dài ống dây (m), n N mật độ vòng dây (với n = ) B VÍ DỤ MẪU Ví dụ 1: Một dây dẫn thẳng dài vơ hạn, dịng điện chạy dây có cường độ I = 10 A 1) Hãy xác định độ lớn cảm ứng từ dòng điện gây tại: a) Điểm M nằm cách dây dẫn 5cm b) Điểm N nằm cách dây dẫn cm 2) Ở điểm D có cảm ứng từ 2.10-5 T, điểm D nằm cách dây dẫn đoạn ? Hướng dẫn giải Độ lớn cảm ứng từ dòng điện thẳng gây điểm xác định theo I công thức: B = 2.10−7 Như có cường độ dịng điện khoảng cách r từ điểm xét tới dây dẫn chứa dòng điện ta giải toán 1) Xác định độ lớn cảm ứng từ −7 I −7 10 a) Cảm ứng từ M: = = BM 2.10 2.10= 4.10−5 ( T ) r 0,05 −7 I −7 10 b) Cảm ứng từ tại= N: BN 2.10 2.10= 2,5.10−5 ( T ) = r 0,08 2) Khoảng cách từ D đến dịng điện I Nếu có cảm ứng từ, u cầu tìm khoảng cách từ cơng thức B = 2.10−7 ta suy r r xong I I Ta có:= BD 2.10−7 = ⇒ r 2.10−= 0,1= ( m ) 10 ( cm ) r B Ví dụ 2: Một dây dẫn thẳng dài vô hạn xuyên qua vng góc với mặt phẳng hình vẽ điểm O Cho dịng y điện I = 6A có chiều hình vẽ Xác định vecto cảm ứng từ điểm: A (x = 6cm; y = 2cm), B (x = 0cm; y I x = 5cm), C (x = -3cm ; y = -4cm), D (x = 1cm ; y = -3cm) Hướng dẫn giải Để xác định vecto cảm ứng từ điểm dòng điện thẳng dài vô hạn gây điệm ta cần xác định: + Điểm đặt (vị trí cần xác định cảm ứng từ) + Phương chiều (áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải) I + Độ lớn (áp dụng công thức: B = 2.10−7 ) r Sau ta vào tìm vecto cảm ứng từ điểm theo đề yêu cầu a) Vecto cảm ứng từ A Cảm ứng từ A có: + Điểm đặt A + Phương chiều theo quy tắc nắm bàn tay phải Phương BA vng góc với IA chiều theo hướng ngược chiều kim đồng hồ (như hình vẽ) Để tìm độ lớn BA , trước tiên ta tìm: • Khoảng cách từ A đến dịng điện: rA = x A2 + y 2A = y A I x 62 + 22 = 10 ( cm ) + Độ lớn cảm ứng từ điểm A: −7 I = = BA 2.10 2.10−7 = 1,9.10−5 ( T ) −2 rA 10.10 b) Vecto cảm ứng từ B Cảm ứng từ B có: + Điểm đặt B + Phương chiều theo quy tắc nắm bàn tay phải BB Phương BB vng góc với IB chiều theo hướng ngược chiều kim đồng hồ (như hình vẽ) Để tìm độ lớn BB , trước tiên ta tìm: • Khoảng cách từ B đến dịng điện: rB = BA x 2B + y 2B = 02 + 52 = ( cm ) y B x I + Độ lớn cảm ứng từ điểm B: −7 I = = BB 2.10 2.10−= 2, 4.10−5 ( T ) −2 rB 5.10 c) Vecto cảm ứng từ C Cảm ứng từ C có: + Điểm đặt C + Phương chiều theo quy tắc nắm bàn tay phải Phương BC vng góc với IC chiều theo hướng ngược chiều kim đồng hồ (như hình vẽ) Để tìm độ lớn BC , trước tiên ta tìm: • Khoảng cách từ C đến dòng điện: rC = x C2 + y C2 = y I BC C x 32 + 42 = ( cm ) + Độ lớn cảm ứng từ điểm C: −7 I BC 2.10 2.10−= 2, 4.10−5 ( T ) = = rC 5.10−2 d) Vecto cảm ứng từ D Cảm ứng từ C có: + Điểm đặt C + Phương chiều theo quy tắc nắm bàn tay phải Phương BD vuông góc với ID chiều theo hướng ngược chiều kim đồng hồ (như hình vẽ) Để tìm độ lớn BD , trước tiên ta tìm: • Khoảng cách từ D đến dòng điện: rD= x 2D + y 2D= 12 + ( −3) = x I BD y D 10 ( cm ) + Độ lớn cảm ứng từ điểm D: −7 I BD 2.10 2.10−7 = 3,8.10−5 ( T ) = = −2 rD 10.10 Ví dụ 3: Một khung dây có N vịng dây dạng hình trịn có bán kính 5cm Cho dịng điện có cường độ I = A chạy qua khung dây Hãy xác vecto cảm ứng từ tâm khung dây trường hợp: a) Khung dây có vịng dây (N = 1) b) Khung dây có 10 vịng dây (N = 10) Hướng dẫn giải Để xác định vecto cảm ứng từ dòng điện tròn gây tâm vòng dây ta cần xác định: + Điểm đặt (tâm vòng dây) + Phương chiều (áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải) I + Độ lớn (áp dụng công thức: B= 2π.10−7 ) r NI Nếu khung dây gồm N vịng dây độ lớn là: B= 2π.10−7 r Sau ta tìm vecto cảm ứng từ tâm khung dây hai trường hợp theo đề u cầu a) Khung dây có vịng dây (N = 1) B Cảm ứng từ tâm O có: + Điểm đặt O O I + Phương chiều theo quy tắc nắm bàn tay phải Phương B1 vng góc với mặt phẳng khung dây chiều hướng xuống (nếu dòng điện chiều kim đồng hồ) (như hình vẽ) I + Độ lớn: B = = 2π.10−7 = 2π.10−7 2π.10−5 ( T ) r 0,05 b) Khung dây có 10 vòng dây (N = 10) Cảm ứng từ gây ta tâm khung dây gồm nhiều vịng dây có điểm đặt, phương chiều giống cảm ứng từ vòng dây, khác độ lớn Độ lớn cảm ứng từ khung dây có 10 vòng dây: N.I 10.5 B10 = 2π.10−7 = 2π.10−7 = 2π.10−4 ( T ) r 0,05 Hay B10 = NB1 = 10B1 = 2π.10−4 ( T ) Ví dụ 4: Dùng dây đồng đường kính d = 0,8 mm có lớp sơn cách điện mỏng, quấn quanh hình trụ có đường kính D = cm, chiều dài 40 cm để làm ống dây, vòng dây quấn sát Muốn từ trường có cảm ứng từ bên ống dây 2π.10-3T phải đặt vào ống dây hiệu điện Biết điện trở suất đồng 1,76.10-8Ωm Hướng dẫn giải + Gọi N số vòng dây phải quấn ống dây Đường kính dây quấn bề dày vòng quấn, để quấn hết chiều dài ống dây phải cần N vịng quấn N nên ta có: N.d = ⇒ = ⇒ N = = 500 (vòng) d d N B + Ta có: B = 4π.10−7 .I ⇒ I = = 4(A) 4π.10−7.n L L + Điện trở dây quấn: R = ρ = ρ (*) πd S + Chiều dài vòng quấn chiều dài chu vi vòng tròn: C =2πr =πD + Chiều dài dây quấn: L= N.C= N.πD N.πD 4N.D Thay vào (*) ta được: R = ρ = ρ = 1,1Ω πd d + Hiệu điện hai đầu ống dây: U = IR = 4,4 V C BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài Một dây thẳng dài vơ hạn mang dịng điện I = 0,5A đặt khơng khí a) Tính cảm ứng từ M cách dòng điện cm b) Cảm ứng từ N 10-6T Tính khoảng cách từ N đến dịng điện Bài Một dịng điện có cường độ I = 5A chạy M dây dẫn thẳng, dài Xác định cảm ứng từ hai điểm M, N Cho biết M, N dòng điện I nằm mặt phẳng hình vẽ M, N cách dịng điện đoạn d = cm Bài Dòng điện có cường độ A chạy chiều qua hai dây dẫn Nthẳng chập sát lại Tính cảm ứng từ hai dây dẫn gây nơi cách chúng cm Bài Cuộn dây trịn có bán kính R = cm (gồm 100 vịng dây quấn nối tiếp cách điện nhau) đặt khơng khí có dòng điện I chạy qua vòng dây, từ trường tâm vịng dây B = 5.10-4 T Tìm I Bài Cho dịng điện trịn có chiều vectơ cảm ứng từ tâm O có chiều hình vẽ, xác định chiều dịng điện vịng dây B O O I Hình I B Hình Bài Dùng dây dẫn uốn thành hình trịn cho dịng điện có cường độ I = 10 A chạy qua vòng dây, cảm ứng từ dòng điện gây tâm vòng trịn có giá trị 4π.10-5 T Hãy xác định bán kính khung dây ? Bài Cuộn dây trịn dẹt gồm 20 vịng, bán kính π cm Khi có dịng điện vào tâm vòng dây xuất từ trường B = 2.10-3 T Tính cường độ dịng điện cuộn dây Bài Cuộn dây trịn bán kính R = cm gồm 40 vòng dây quấn nối tiếp với nhau, đặt khơng khí có dịng điện I chạy qua vòng dây a) Từ trường tâm O vòng dây B = 5π.10-4 T Tính I b) Nếu dịng điện qua dây tăng lên gấp đơi, bán kính vịng dây giảm nửa Thì cảm ứng từ tâm O có giá trị ? Bài Cuộn dây trịn bán kính 2π cm, 100 vịng, đặt khơng khí có dịng điện A chạy qua a) Tính cảm ứng từ tâm vịng dây b) Tăng chu vi dòng điện tròn lên lần mà giữ nguyên cường độ dòng điện Hỏi độ lớn cảm ứng từ tâm dòng điện lúc bao nhiêu? Bài 10 Hãy xác định chiều dòng điện chiều đường sức từ bên ống dây cho hình sau: B I Hình Hình Bài 11 Một ống dây dài 50 cm, cường độ dòng điện chạy qua vòng dây 2A Cảm ứng từ bên ống dây có độ lớn B = 8π.10-4 Hãy xác định số vòng dây ống dây ? Bài 12 Một ống dây thẳng dài 20 cm, đường kính D = cm Một dây dẫn có vỏ bọc cách điện dài 300 m quấn theo chiều dài ống dây Ống dây khơng có lõi sắt đặt khơng khí Cường độ dịng điện qua dây dẫn 0,5 A Tìm cảm ứng từ bên ống dây Bài 13 Một ống dây hình trụ có chiều dài 1,5m gồm 4500 vịng dây a) Xác định cảm ứng từ lòng ống dây cho dòng điện I = 5A chạy ống dây ? b) Nếu ống dây tạo từ trường có B = 0,03T I bao nhiêu? Bài 14 Một sợi dây đồng có bán kính 0,5 mm Dùng sợi dây để quấn ống dây dài 20 cm Cho dịng điện có cường độ A chạy qua ống dấy Hãy xác định từ trường bên ống dây Bài 15 Một ống dây có chiều dài 10 cm, gồm 2000 vòng dây Cho dòng điện chạy ống dây thấy cảm ứng từ ống dây 2π.10-3T a) Hãy xác định số vòng dây m chiều dài ống dây ? b) Cường độ dòng điện bên ống dây ? Bài 16 Một ống dây có chiều dài 20 cm, gồm 500 vịng dây, cho cường độ dòng điện I = 5A chạy ống dây a) Hãy xác định độ lớn cảm ứng từ bên ống dây ? b) Nếu đồng thời tăng chiều dài ống dây, số vòng dây cường độ dịng điện lên lần cảm ứng từ bên ống dây lúc có độ lớn bao nhiêu? c) Cần phải dùng dịng điện có cường độ để cảm ứng từ bên ống dây giảm nửa so với câu a Bài 17 Một sợi dây đồng có đường kính 0,8 mm, điện trở R = 1,1 Ω Dùng sợi dây để quấn ống dây dài 40 cm Cho dịng điện chạy qua ống dây cảm ứng từ bên ống dây có độ lớn B = 2π.10-3 T Hãy xác định: a) Số vòng dây met chiều dài? b) Hiệu điện đầu ống dây? Bài 18 Một dây đồng có đường kính d = 0,8 mm có phủ sơn cách điện mỏng quấn quanh hình trụ đường kính D = cm để tạo thành ống dây Khi nối ống dây với nguồn E = V, r = 0,5 Ω cảm ứng từ lịng ống dây B = 5π.10-4 T Tìm cường độ dịng điện ống chiều dài ống dây, biết điện trở suất dây quấn ρ = 1,76.10-8 Ω.m Bài 19 Một sợi dây đồng có điện trở R = 1,1 Ω, đường kính D= 0,8 mm, lớp sơn cách điện bên mỏng Người ta dùng dây đồng để quấn ống dây có đường kính d = 2cm, dài l = 40cm Hỏi muốn từ trường lịng ống dây có cảm ứng từ B = 6,28.10-3 T phải đặt ống dây vào hiệu điện Cho biết điện trở suất đồng ρ = 1,76.10-8 Ω.m Coi vòng dây quấn sát D HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài a) Cảm ứng từ điểm M cách dòng điện cm: −7 I −7 0,5 B 2.10 2.10= 2,5.10−6 ( T ) = = r 0,04 b) Khoảng cách từ điểm N đến dịng điện I I Ta có: = B 2.10−7 = ⇒ r 2.10−= 0,1= ( m ) 10 ( cm ) r B Bài + Vì M N cách dòng điện đoạn d = cm nên cảm ứng từ dòng điện gây M N có độ lớn −7 I −7 Ta= có : B 2.10 2.10= 2,5.10−5 ( T ) = M r 0,04 I + Chiều vectơ cảm ứng từ M N biểu diễn hình vẽ Bài N + Hai dây dẫn có dịng điện I = A chiều, đặt sát xem dây dẫn có dịng điện I/ = A có chiều chiều với dòng điện lúc ban đầu nên cảm ứng từ hai dây gây điểm M cách chúng cm có độ lớn cảm ứng từ tổng hợp hai dây gây M 10 ... ) thiếu hình vẽ sau đây: B I Hình B B I I F Hình Hình Hướng dẫn giải Trước tiên ta ph? ?t biểu quy t? ??c bàn tay trái: Quy t? ??c bàn tay trái: Đ? ?t bàn tay trái xòe rộng, cho lòng bàn tay... Áp dụng quy t? ??c bàn tay trái ta xác định cực chiều B sau: 16 N Ra Bắc Theo quy t? ??c bàn tay trái vecto cảm ứng t? ?? có phương thẳng đứng chiều t? ?? xuống đường sức vecto cảm ứng t? ?? có chiều vào... (áp dụng công thức: B = 2.10−7 ) r Sau ta vào t? ?m vecto cảm ứng t? ?? điểm theo đề yêu cầu a) Vecto cảm ứng t? ?? A Cảm ứng t? ?? A có: + Điểm đ? ?t A + Phương chiều theo quy t? ??c nắm bàn tay phải Phương