BÀI TẬP VẬN DỤNG QUY TẮC BÀN TAY TRÁI A LÍ THUYẾT 1 Lực điện từ Dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường và không song song với đường sức từ thì chịu tác dụng của lực điện từ Chiều của lực đi[.]
BÀI TẬP VẬN DỤNG QUY TẮC BÀN TAY TRÁI A LÍ THUYẾT Lực điện từ - Dây dẫn có dịng điện chạy qua đặt từ trường khơng song song với đường sức từ chịu tác dụng lực điện từ - Chiều lực điện từ tác dụng lên dây dẫn phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy dây dẫn chiều đường sức từ - Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái cho đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay hướng theo chiều dịng điện ngón tay chỗi 900 chiều lực điện từ Chú ý: + Nếu dây dẫn đặt song song với đường sức từ khơng có lực từ tác dụng lên + Thơng thường, lực từ thường có tác dụng làm quay khung dây làm khung dây bị nén hay bị kéo dãn Động điện chiều * Cấu tạo: - Gồm hai phận chính: Nam châm khung dây dẫn + Nam châm tạo từ trường phận đứng yên, gọi stato + Khung dây dẫn (ABCD) có dịng điện chạy qua phận quay, gọi rôto - Để lực điện từ ln có tác dụng làm khung dây quay theo chiều, dòng điện thường đưa vào khung dây góp Bộ góp gồm: + Một cổ góp thường làm đồng có hình trụ, chia thành phiến góp nối với hai đầu khung dây + Hai quét (C1 C2), thường làm than có hình hộp chữ nhật, nằm tiếp xúc với phiến góp nối với nguồn điện để đưa dòng điện vào khung dây * Nguyên tắc hoạt động: Động điện chiều hoạt động dựa tác dụng từ trường lên khung dây dẫn có dịng điện chạy qua đặt từ trường - Khi động điện hoạt động, điện dịng điện chuyển hóa thành B CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng: Xác định chiều lực điện từ, chiều dòng điện chiều quay khung dây Phương pháp giải * Áp dụng quy tắc bàn tay trái: - Khi biết chiều lực điện từ chiều dòng điện xác định chiều đường sức từ - Khi biết chiều đường sức từ chiều dòng điện xác định chiều lực điện từ - Khi biết chiều đường sức từ chiều lực điện từ xác định chiều dòng điện * Xác định chiều quay khung dây Xem khung dây dẫn đặt Nếu: - Mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ lực điện từ khơng làm cho khung quay mà làm cho giãn nén lại - Mặt phẳng khung không vuông góc với đường sức từ áp dụng quy tắc bàn tay trái để tìm chiều lực điện từ tác dụng lên đoạn khung dây suy chiều quay Chú ý: Quy ước chiều dịng điện hình vẽ Dịng điện tiến trước: Dịng điện tiến sau: Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Một dây dẫn nằm ngang hai cực Nam Bắc nam châm Cho dịng điện chạy qua dây theo chiều hình vẽ, xác định lực điện từ tác dụng lên dây dẫn Hướng dẫn giải - Đường sức từ từ cực Bắc sang cực Nam nam châm - Áp dụng quy tắc bàn tay trái: Đặt lòng bàn tay hướng phía cực Bắc nam châm để đường sức từ hướng vào lịng bàn tay Bốn ngón tay hướng theo chiều dịng điện từ ngồi Để ngón tay chỗi 900 xác định chiều lực điện từ hướng lên theo phương vng góc với dây Ví dụ 2: Áp dụng quy tắc bàn tay trái xác định chiều dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn AB hình Hướng dẫn giải - Đường sức từ từ cực Bắc sang cực Nam nam châm - Áp dụng quy tắc bàn tay trái: Đặt lịng bàn tay hướng lên phía (hướng phía cực Bắc nam châm) để đường sức từ hướng vào lịng bàn tay Đặt ngón tay theo chiều lực điện từ (hướng từ ngồi) Bốn ngón tay chiều dịng điện từ B sang A Ví dụ 3: Trong hình vẽ khung dây đặt song song với mặt phẳng nam châm Xác định chiều lực điện từ tác dụng lên đoạn dây AB, BC, CD DA Hướng dẫn giải - Đường sức từ hướng từ cực Bắc (N) sang cực Nam (S) nam châm - Hai đoạn dây DA BC có dịng điện chạy qua song song với đường sức từ nên khơng có lực điện từ tác dụng - Áp dụng quy tắc bàn tay trái, xác định lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn AB CD có dịng điện chạy qua Ta có lực điện từ tác dụng lên đoạn dây AB vng góc với AB hướng xuống Lực điện từ tác dụng lên đoạn dây CD vng góc với CD hướng lên Ví dụ 4: Biểu diễn lực điện từ tác dụng vào cạnh khung dây dẫn có mặt khung dây song song với đường sức từ mơ tả hình vẽ Tác dụng lực điện từ làm cho khung dây có xu hướng chuyển động nào? Hướng dẫn giải - Đường sức từ hướng từ cực Bắc (N) sang cực Nam (S) nam châm - Hai đoạn dây AD BC có dịng điện chạy qua song song với đường sức từ nên khơng có lực điện từ tác dụng - Áp dụng quy tắc bàn tay trái, xác định lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn AB CD có dịng điện chạy qua Ta có lực điện từ tác dụng lên đoạn dây AB vng góc với AB hướng ngồi Lực điện từ tác dụng lên đoạn dây CD vng góc với CD hướng vào C BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài 1: Biểu diễn lực điện từ tác dụng lên đoạn dây AB, CD khung dây dẫn có dịng điện chạy qua hình sau: Cho biết cặp lực điện từ tác dụng lên AB CD trường hợp có tác dụng khung dây? Đáp án: Chiều lực điện từ biểu diễn hình vẽ a) Làm cho khung dây quay theo chiều kim đồng hồ b) Có tác dụng kéo dãn khung dây c) Làm cho khung dây quay ngược chiều kim đồng hồ Bài 2: Đặt đoạn dây dẫn lịng nam châm hình chữ U, mặt cắt biểu diễn hình vẽ Trong kí hiệu chiều dịng điện chạy vng góc hướng sau trang sách, F lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn Hãy xác định cực từ nam châm hình chữ U nêu Đáp án: Nhánh nam châm bên phải cực Bắc, nhánh nam châm bên trái cực Nam Bài 3: Xác định chiều lực điện từ tác dụng lên dòng điện chạy dây dẫn AB hình Đáp án: Chiều lực điện từ biểu diễn hình Bài 4: Hãy biểu diễn chiều lực điện từ tác dụng lên đoạn dây AB (hình a) chiều dịng điện I dây dẫn (hình b) Đáp án: Bài 5: Một khung dây có điểm cố định A, B, C, D đặt vng góc với đường sức từ nam châm Dòng điện khung dây có chiều hình vẽ Cho biết chiều tác dụng lực điện từ lên cạnh khung dây Kết tác dụng gì? Đáp án: Áp dụng quy tắc bàn tay trái, thấy: - Cạnh AB chịu tác dụng lực điện từ hướng từ lên - Cạnh CD chịu tác dụng lực điện từ hướng từ xuống - Cạnh AD chịu tác dụng lực điện từ nằm ngang hướng từ khung dây - Cạnh BC chịu tác dụng lực điện từ nằm ngang hướng từ khung dây Kết tác dụng khiến cho khung dây bị cong phía ngồi Bài 6: Một khung dây có điểm cố định A, B, C, D đặt song song với đường sức từ nam châm Dịng điện khung dây có chiều hình vẽ Cho biết chiều tác dụng lực điện từ lên cạnh khung dây Kết tác dụng gì? Đáp án: Áp dụng quy tắc bàn tay trái, thấy: - Cạnh AB cạnh CD song song với đường sức từ, khơng có lực điện từ tác dụng vào cạnh - Cạnh AD chịu tác dụng lực điện từ hướng từ ngồi mặt phẳng hình vẽ (kí hiệu ) - Cạnh BC chịu tác dụng lực điện từ hướng từ ngồi vào mặt phẳng hình vẽ (kí hiệu ) Vì đỉnh A, B, C, D cố định, lực điện từ có xu hướng làm cho cạnh AD cong cạnh BC cong vào mặt phẳng hình vẽ Các cạnh AB CD không bị biến dạng Bài 7: Một nam châm hình chữ U dây dẫn thẳng bố trí hình a, b, c, d Dịng điện dây dẫn có phương vng góc với mặt phẳng trang giấy, chiều từ phía trước phía sau Lực điện từ tác dụng lên dây dẫn có chiều thẳng đứng hướng xuống trường hợp đây? Đáp án: Trường hợp a Bài 8: Hãy biểu diễn lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng có dịng điện chạy qua đặt từ trường nam châm điện hình vẽ Dịng điện chạy qua dây dẫn có phương vng góc với mặt phẳng trang giấy, chiều từ phía sau phía trước trang giấy Đáp án: Khi có dịng điện chạy nam châm điện hình vẽ cực nam châm phía bên trái cực Nam phía bên phải cực Bắc Như đường sức từ có chiều từ phải sang trái Áp dụng quy tắc bàn tay trái, lực điện từ tác dụng lên dây dẫn có chiều thẳng đứng hướng xuống Bài 9: Khung dây dẫn ABCD móc vào lực kế nhạy đặt cho đoạn BC nằm lọt vào khoảng hai cực nam châm hình chữ U (hình vẽ) Số lực kế thay đổi cho dòng điện chạy qua khung dây theo chiều ABCD? Đáp án: Theo quy tắc bàn tay trái, dòng điện chạy qua khung dây theo chiều ABCD lực từ tác dụng lên BC theo phương thẳng đứng hướng xuống Do làm tăng lực tác dụng lên lực kế, dẫn đến số lực kế tăng Bài 10: Dưới hình vẽ cắt ngang khung dây dẫn có dịng điện chạy qua đặt từ trường Ban đầu hai cạnh khung dây có vị trí Do tác dụng lực điện từ, khung quay qua vị trí 2, 3, 4, 5, a) Biểu diễn lực điện từ tác dụng lên khung vị trí xác định b) Tại vị trí thứ 6, lực điện từ có tác dụng làm khung quay khơng? Nếu qn tính, khung quay thêm chút vị trí lực điện từ có tác dụng làm khung quay nào? c) Giả sử vượt qua vị trí thứ 6, ta đổi chiều dòng điện khung, tượng sao? Đáp án: a) Biểu diễn lực điện từ tác dụng lên khung b) Tại vị trí thứ 6, lực điện từ khơng có tác dụng làm khung quay Nếu quán tính, khung quay thêm chút vị trí mới, lực điện từ có tác dụng kéo khung quay vị trí thứ hình vẽ: c) Giả sử vượt qua vị trí thứ 6, ta đổi chiều dịng điện khung lực từ tác dụng đổi chiều hình vẽ làm cho khung tiếp tục quay thêm nửa vòng theo chiều cũ ... biết chiều tác dụng lực điện từ lên cạnh khung dây Kết tác dụng gì? Đáp án: Áp dụng quy tắc bàn tay trái, thấy: - Cạnh AB chịu tác dụng lực điện từ hướng từ lên - Cạnh CD chịu tác dụng lực điện... biết chiều tác dụng lực điện từ lên cạnh khung dây Kết tác dụng gì? Đáp án: Áp dụng quy tắc bàn tay trái, thấy: - Cạnh AB cạnh CD song song với đường sức từ, khơng có lực điện từ tác dụng vào cạnh... Áp dụng quy tắc bàn tay trái: Đặt lịng bàn tay hướng lên phía (hướng phía cực Bắc nam châm) để đường sức từ hướng vào lịng bàn tay Đặt ngón tay theo chiều lực điện từ (hướng từ ngồi) Bốn ngón tay