Đang tải... (xem toàn văn)
Quy tắc bàn tay trái Chiều của lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùn[r]
(1)Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương Trường THPT Nguyễn Đáng Lớp 11 Họ và Tên: HỆ THỐNG KIẾN THỨC VẬT LÝ 11 NÂNG CAO Chương TỪ TRƯỜNG I/ Từ trường Tương tác từ Tương tác nam châm với nam châm, dòng điện với nam châm và dòng điện với dòng điện gọi là tương tác từ Lực tương tác các trường hợp đó gọi là lực từ Từ trường a) Khái niệm từ trường + Xung quanh nam châm hay xung quanh dòng điện có từ trường + Xung quanh điện tích chuyển động có từ trường b) Tính chất từ trường Từ trường gây lực từ tác dụng lên nam châm hay dòng điện đặt nó c) Cảm ứng từ Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho từ trường mặt gây lực từ Cảm ứng từ r là vectơ, kí hiệu là B Phương nam châm thử nằm cân điểm từ r trường là phương vectơ cảm ứng từ B từ trường điểm đó Ta quy ước lấy chiều r từ cực Nam sang cực Bắc nam châm thử là chiều vectơ B Đường sức từ a) Định nghĩa Đường sức từ là đường vẽ từ trường cho tiếp tuyến điểm nào trên đường trùng với phương vectơ cảm ứng từ điểm đó b) Các tính chất đường sức từ + Tại điểm từ trường, có thể vẽ đường sức từ qua và mà thôi + Các đường sức từ là các đường cong kín Từ trường là trường xoáy + Nơi nào cảm ứng từ lớn thì các đường sức từ đó vẽ mau (dày hơn), nơi nào cảm ứng từ nhỏ thì các đường sức từ đó vẽ thưa c) Từ phổ Dùng mạt sắt rắc lên kính đặt trên nam châm, gõ nhẹ kính ta nhận từ phổ nam châm Từ trường Một từ trường mà cảm ứng từ điểm gọi là từ trường + Các đường sức từ trường là các đường thẳng song song và cách II/ Phương và chiều lực từ tác dụng lên dòng điện Lực từ tác dụng lên dòng điện Lực mà từ trường tác dụng lên nam châm hay lên dòng điện gọi là lực từ Lực từ tác dụng lên dòng điện còn gọi là lực Am-pe Phương lực từ tác dụng lên dòng điện Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dòng điện và cảm ứng từ điểm khảo sát Chiều lực từ tác dụng lên dòng điện Quy tắc bàn tay trái Chiều lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, thì ngón cái choãi 90º chiều lực từ tác dụng lên dòng điện Trang Vật lý 11 Nâng cao Lop11.com (2) Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương III/ Cảm ứng từ Định luật Am-pe Cảm ứng từ r Cảm ứng từ B là đại lượng đặc trưng cho từ trường phương diện tác dụng lực F Độ lớn cảm ứng từ từ trường điểm khảo sát tính B Trong Il sin đó F là lực mà từ trường tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài l , mang dòng điện có cường độ I đặt điểm khảo sát và là góc hợp dòng điện và đường sức từ Trong hệ SI, đơn vị cảm ứng từ là tesla, kí hiệu là T Định luật Am-pe Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đặt từ trường hay có thể coi là tính F BIl sin Trong đó B là cảm ứng từ điểm đặt đoạn dòng điện có r chiều dài l , cường độ I và là góc hợp đoạn dòng điện và vectơ B Nguyên lý chồng chất từ trường Giả sử ta có hệ n nam châm (hay dòng điện) Tại điểm M, cảm ứng từ nam r r r châm thứ là B1 , nam châm thứ hai là B2 , …, nam châm thứ n là Bn r r r r r Gọi B là từ trường hệ M thì: B B1 B2 Bn IV/ Từ trường số dòng điện có dạng đơn giản Từ trường dòng điện thẳng + Các đường sức từ dòng điện thẳng là các đường tròn đồng tâm nằm mặt phẳng vuông góc với dòng điện Tâm các đường sức từ là giao điểm mặt phẳng và dây dẫn + Chiều đường sức từ xác định theo quy tắc nắm tay phải: Giơ ngón cái bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón tay là chiều đường sức từ + Cảm ứng từ dòng điện thẳng đặt không khí tính theo công thức: I B 2.107 Trong đó r là khoảng cách từ điểm khảo sát đến dòng điện r Từ trường dòng điện tròn + Các đường sức từ dòng điện tròn có dạng hình 29.6 + Chiều đường sức từ xác định theo quy tắc nắm tay phải: Khum bàn tay phải theo vòng dây khung cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện khung ; ngón cái choãi chiều các đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện + Cảm ứng từ tâm dòng điện tròn mà khung dây gồm N vòng, đặt NI không khí, tính theo công thức B 2.107 Trong đó R là bán kính dòng điện R Từ trường dòng điện ống dây + Bên ống dây, các đường sức từ song song với trục ống dây và cách Nếu ống dây đủ dài, thì từ trường bên ống dây là từ trường Bên ngoài ống dây, dạng và phân bố các đường sức từ giống nam châm thẳng (Hình 29.9) + Chiều đường sức từ xác định theo quy tắc nắm tay phải: Khum bàn tay phải theo vòng dây ống, cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện ống ; ngón cái choãi chiều các đường sức từ xuyên qua ống dây + Ống dây mang dòng điện có hai cực, đầu ống mà các đường sức là cực Bắc, đầu là cực Nam + Nếu ống dây dài đặt không khí, thì cảm ứng từ bên ống dây tính theo công thức: B 4.107 nI Trong đó n là số vòng dây trên mét chiều dài ống V/ Tương tác hai dòng điện thẳng song song Định nghĩa đơn vị am-pe Trang Vật lý 11 Nâng cao Lop11.com (3) Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương Tương tác hai dòng điện thẳng song song + Hai dòng điện song song cùng chiều thì hút nhau, ngược chiều thì đẩy + Dựa vào quy tắc nắm tay phải ta xác định chiều cảm ứng từ và áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định chiều lực từ tác dụng lên dòng điện + Độ lớn lực từ tác dụng lên đơn vị chiều dài dây dẫn mang dòng điện II tính theo công thức: F 2.107 Trong đó r là khoảng cách hai dòng điện r Định nghĩa đơn vị am-pe Ampe là cường độ dòng điện không đổi chạy hai dây dẫn thẳng, tiết diện nhỏ, dài, song song với và cách mét chân không thì gây trên mét dài dây lực từ 107 N VI/ Lực Lo-ren-xơ Lực Lo-ren-xơ + Lực mà từ trường tác dụng lên hạt mang điện chuyển động nó gọi là lực Lo-ren-xơ + Lực Lo-ren-xơ có phương vuông góc với mặt phẳng chứa vectơ vận tốc hạt mang điện và vectơ cảm ứng từ điểm khảo sát + Chiều lực Lo-ren-xơ xác định theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều vectơ vận tốc hạt mang điện, thì ngón cái choãi 90º chiều lực Lo-ren-xơ hạt mang điện dương, và chiều ngược lại hạt mang điện âm + Độ lớn lực Lo-ren-xơ tính theo công thức: f q vBsin Trong đó r r là góc hợp vectơ vận tốc v và vectơ cảm ứng từ B Ứng dụng lực Lo-ren-xơ Lực Lo-ren-xơ ứng dụng ngành kỹ thuật điện tử, lái chùm tia êlectron (tia catôt) ống phóng điện tử máy thu hình VII/ Khung dây có dòng điện đặt từ trường Khung dây đặt từ trường a) Thí nghiệm: Bố trí hình 33.1 cho dòng điện chạy qua khung, khung dây quay b) Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện + Đường sức từ nằm mặt phẳng khung (Hình 33.2) - Lực từ tác dụng lên các cạnh AB và CD không vì các cạnh đó song song với đường sức từ r r - Lực từ FAD và FBC có độ lớn ngược chiều, tạo nên ngẫu lực có tác dụng làm quay khung + Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung (Hình 33.3) Các lực từ tác dụng lên các cạnh khung không làm quay khung c) Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện M IBSsin Trong đó M là momen ngẫu lực từ (N.m) ; I là cường độ dòng điện khung (A) ; B là cảm ứng từ (T) ; S là diện tích mặt phẳng khung dây ( m ) r r và là góc hợp vectơ B và vectơ pháp tuyến n (Quay cái đinh ốc theo chiều dòng r điện khung, chiều tiến cái đinh ốc là chiều vectơ n ) Động điện chiều a) Cấu tạo (Hình 33.4) Gồm: khung dây ; nam châm ; góp điện (hai bán khuyên và hai chổi quét) b) Hoạt động Khi cho dòng điện chiều chạy qua khung, momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung làm cho khung quay xung quanh trục OO’ Bộ góp điện giúp cho dòng điện khung đổi chiều, vì khung quay liên tục Điện kế khung quay Trang Vật lý 11 Nâng cao Lop11.com (4) Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương a) Cấu tạo (Hình 33.5) Gồm: Khung dây có khoảng vài trăm vòng quấn sát Khung dây lồng bên ngoài lõi sắt và đặt hai cực nam châm Ngoài còn có lò xo để giữ khung dây vị trí xác định b) Hoạt động Khi cho dòng điện vào khung thì ngẫu lực từ làm khung quay lệch khỏi vị trí lúc đầu Khi đó các lò xo sinh momen cản Khi momen cản cân với momen ngẫu lực từ thì khung dừng lại Góc lệch khung tỉ lệ với cường độ dòng điện khung Để biến điện kế thành ampe kế hay vôn kế người ta mắc thêm sơn hay thêm điện trở phụ VIII/ Sự từ hóa các chất Sắt từ Các chất thuận từ và nghịch từ Các chất tự nhiên đặt từ trường bị từ hóa Các chất có tính từ hóa yếu gồm các chất thuận từ và nghịch từ Khi các vật thuận từ và nghịch từ đặt từ trường thì chúng bị từ hóa Nhưng ta khử từ trường ngoài thì các vật nhanh chóng trở lại trạng thái bình thường, từ tính chúng bị Các chất sắt từ Các chất có tính từ hóa mạnh hợp thành nhóm gọi là các chất sắt từ Sắt, niken, coban là ba chất sắt từ điển hình Một mẫu sắt cấu tạo từ nhiều miền từ hóa tự nhiên Miền từ hóa tự nhiên có thể coi “kim nam châm nhỏ” Bình thường thì các “kim nam châm nhỏ” xếp hỗn độn Khi đó sắt không có từ tính Nếu sắt đặt vào từ trường ngoài, các “kim nam châm nhỏ” có xu hướng xếp theo từ trường ngoài Khi đó sắt có từ tính Nam châm điện Nam châm vĩnh cửu + Khi cho dòng điện chạy qua ống dây có lõi sắt thì lõi sắt từ hóa Từ trường ống dây có lõi sắt lớn gấp hàng trăm, hàng nghìn lần từ trường ống dây không có lõi sắt Ống dây mang dòng điện có thêm lõi sắt gọi là nam châm điện Ngắt dòng điện ống dây thì từ tính lõi sắt bị nhanh + Khi cho dòng điện chạy qua ống dây có lõi thép thì lõi thép từ hóa Từ trường ống dây có lõi thép lớn gấp nhiều lần từ trường ống dây không có lõi thép Ngắt dòng điện ống dây thì tính tính lõi thép không bị mà còn giữ thời gian dài Thanh thép trở thành nam châm vĩnh cửu hay gọi tắt là nam châm Một chất sắt từ mà từ tính nó tồn khá lâu sau từ trường ngoài triệt tiêu gọi là chất sắt từ cứng Hiện tượng từ trễ Xét ống dây đó có lõi thép chưa bị từ hóa Khi từ trường ngoài tăng từ đến B0 , từ trường lõi thép tăng từ đến giá trị B1 theo đường cong OAM (Hình 34.2) Nếu giảm từ trường ngoài từ B0 đến thì từ trường lõi thép giảm theo đường cong MP Từ trường lõi thép ứng với điểm P gọi là từ trường còn dư lõi thép Từ trường lõi thép giảm trễ từ trường ngoài Nếu tiếp tục cho từ trường ngoài biến đổi từ đến B0 thì từ trường lõi thép giảm theo đường PQN Ta gọi BC là từ trường kháng từ lõi thép Nếu cho từ trường ngoài tăng từ B0 dến B0 thì từ trường lõi thép tăng theo đường NKLM Quá trình từ hóa sau đó xảy theo đường cong kín MQNLM Đường cong kín này gọi là chu trình từ trễ Ứng dụng các vật sắt từ Sự từ hóa các vật liệu sắt từ có nhiều ứng dụng Trong đời sống hàng ngày ta gặp nam châm cửa xếp nhựa, cửa tủ lạnh, quạt điện, … Trong kĩ thuật ta gặp nam châm điện rơle điện từ, cần cẩu điện, … IX/ Từ trường Trái Đất Độ từ thiên Độ từ khuynh Trang Vật lý 11 Nâng cao Lop11.com (5) Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương a) Độ từ thiên Các đường sức từ từ trường Trái Đất nằm trên mặt đất gọi là các kinh tuyến từ Góc lệch kinh tuyến từ và kinh tuyến địa lý gọi là độ từ thiên (hay góc từ thiên), kí hiệu là D + Người ta quy ước độ từ thiên ứng với trường hợp cực Bắc kim la bàn lệch sang phía Đông là độ từ thiên dương, ngược lại là độ từ thiên âm b) Độ từ khuynh Góc hợp kim nam châm la bàn từ khuynh và mặt phẳng nằm ngang gọi là độ từ khuynh (hay góc từ khuynh), kí hiệu là I + Ở bắc bán cầu, cực Bắc kim nam châm nằm phía mặt phẳng nằm ngang Người ta quy ước đó là độ từ khuynh dương Ngược lại phía nam bán cầu, cực Bắc kim nam châm nằm phía trên mặt phẳng nằm ngang, quy ước là độ từ khuynh âm Các từ cực Trái Đất Ngoài hai địa cực gọi là Bắc cực và Nam cực, Trái Đất còn có hai từ cực Từ cực nam bán cầu gọi là từ cực Bắc, còn từ cực bắc bán cầu gọi là từ cực Nam Bão từ Các yếu tố từ trường Trái Đất cảm ứng từ, độ từ thiên, độ từ khuynh,… có biến đổi theo thời gian Nếu biến đổi này xảy cùng lúc trên quy mô toàn cầu thì ta gọi là bão từ Bão từ yếu thường diễn khoảng thời gian ngắn Bão từ mạnh có thể kéo dài hàng chục hay vài ngày, ảnh hưởng đáng kể đến việc liên lạc vô tuyến trên hành tinh Trang Vật lý 11 Nâng cao Lop11.com (6)