Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc nôi dung kiến thức chương "Từ trường"
DIỄN GIẢI
Từ thực nghiệm ta thấy nam châm tương tác với nam châm, nam châm tương tác với dòng điện, dòng điện tương tác với dòng điện. Các tương tác này không phải là tương tác điện hay tương tác hấp dẫn mà chúng có chung một bản chất, được gọi là tương tác từ. Vậy môi trường truyền tương tác từ có đặc điểm như thế nào? Lực tương tác có phương, chiều và độ lớn ra sao?
Thứ nhất, về môi trường truyền tương tác từ: Môi trường truyền tương tác từ là môi trường vật chất tồn tại xung quanh các điện tích chuyển động, gọi là từ trường. Từ trường không nhìn thấy được nhưng có tính chất cơ bản là tác dụng lực từ lên các điện tích chuyển động trong nó. Vì vậy khi nghiên cứu về từ trường, chương trình Vật lí 11 đề cập hai vấn đề:
- Mô tả từ trường bằng các đường sức từ.
- Xét vector cảm ứng từ, là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực từ của từ trường lên điện tích chuyển động trong nó.
Về đường sức từ: Dạng của đường sức từ được xác định nhờ hình ảnh của từ phổ; chiều của đường sức từ dựa vào sự định hướng của NC thử đặt tại một điểm bất kì trên đường sức. Cụ thể, trong trường hợp NC thì ở ngoài NC, các đường sức từ đi ra từ cực Bắc, đi vào ở cực Nam của nam châm. Trong trường hợp từ trường do dòng điện sinh ra thì chiều đường sức từ xác định bằng quy tắcnắm tay phải hoặc quy tắc đinh ốc 1, 2.
Về vector cảm ứng từ: Đây là đại lượng đặc trưng cho từ trường tại một điểm về mặt tác dụng lực. Nếu đặt NC thử cân bằng tại một điểm trong từ trường thì ta có thể xác định được phương, chiều của vector cảm ứng từ tại điểm đó. Ta cũng có thể xác định được phương, chiều của vector cảm ứng từ tại một điểm nếu vẽ được đường sức từ đi qua điểm đó. Độ lớn của vector cảm ứng từ được xác định từ công thức tổng quát
α sin . .l I F B= .
Trên cơ sở hai vấn đề đó, chương “Từ trường” Vật lí 11 nghiên cứu các trường hợp cụ thể là: từ trường của NC thẳng, NC chữ U; Từ trường của dòng điện thẳng, dòng điện tròn, dòng điện trong ống dây; Từ trường Trái đất. Ở chương trình nâng cao còn trình bày về sự từ hoá.
Thực tế, trong chương trình vật lí phổ thông còn nghiên cứu từ trường về phương diện năng lượng. Tuy nhiên vấn đề này không trình bày trong chương “Từ trường” mà được nghiên cứu trong chương “Cảm ứng điện từ”.
Thứ hai, về lực từ: Phương, chiều lực từ được xác định bằng quy tắcbàn tay trái, quy tắcnày được rút ra từ thực nghiệm. Độ lớn của lực từ được xác định bằng công thức Ampe. Từ đó xác định được vector lực từ ở các trường hợp:
- Tương tác NC – dòng điện:
+ Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đặt trong từ trường đều;
+ Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện đặt trong từ trường đều, từ đó xác định mômen lực từ và nghiên cứu các ứng dụng như động cơ điện một chiều, điện kế khung quay.
+ Lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường (Lực Lorentz), từ đó nghiên cứu ứng dụng là ống phóng điện tử.
- Lực tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song.