2.4.1 Lực điện từ tác dụng lên dây dẫn
Lực điện từ có ứng dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật và là cơ sở để chế tạo máy điện, khí cụ điện. Trường hợp đơn giản nhất là lực của từ trường đều tác dụng lên dây dẫn thẳng có dòng điện, đặt vuông góc với đường sức (hình 2.9 a).
Hình 2.9. Lực tác dụng của từ trường lên dây dẫn mang dòng điện (a)
Và qui tắc bàn tay trái (b)
Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi đặt dây dẫn thẳng có dòng điện vuông góc với đường sức của một từ trường đều, sẽ xuất hiện lực điện từ tác dụng nên dây
dẫn xác định như sau: F = BlI (2-7)
Trong đó:
F: Lực điện từ, N
B: Cường độ từ cảm của từ trường đều, T
l: chiều dài của dây dẫn đặt trong từ trường gọi là chiều dài tác dụng, m I: Cường độ dòng điện, A
Trường hợp dây dẫn không đặt vuông góc với véctơ B mà lệch nhau một góc α ≠ 900 (hình 2.10), ta phân véctơ B thành hai thành phần:
Hình 2.10. Lực điện từ khi dây dẫn không vuông góc với đường sức từ.
- Thành phần tiếp tuyến Bt song song với dây dẫn; - Thành phần pháp tuyến Bn vuông góc với dây dẫn;
Khi đó chỉ có thành phần Bn có tác dụng lực lên dây dẫn. Biết trong tam giác vuông ba cạnh là B, Bn, Bt, ta có: Bn = B.sinα nên trị số lực điện từ
F = BlIsinα (2-8)
Phương và chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái áp dụng đối với thành phần Bn, không áp dụng đối với véctơ B.
2.4.2 Công của lực điện từ
Lực điện từ tác dụng lên dây dẫn làm dây dẫn dịch chuyển và do đó thực hiện một công cơ học. Giả sử dây dẫn dịch chuyển một đoạn là b (hình 2.11) thì công do lực điện từ thực hiện là:
A = F.b = BlI.b = BIS = IΦ (2-9) Trong đó: S = bl là diện tích do dây dẫn quét qua m2.
Φ = BS là từ thông qua diện tích do dây dẫn quét qua trong quá trình dịch chuyển, Wb.
A là công của lực điện từ, J. Hình 2.11. Công của lực điện từ
Như vậy, công của lực điện từ tác dụng lên dây dẫn làm dây dẫn dịch chuyển trong từ trường tỷ lệ với dòng điện trong dây dẫn và với từ thông qua diện tích mà phần tác dụng của dây dẫn đã quét được trong quá trình chuyển động.
Bn = B.sinα I F B Bt α α
2.4.3 Lực tác dụng giữa dây dẫn mang dòng điện
Khi có các dây dẫn mang dòng điện ở gần nhau thì giữa chúng sẽ xuất hiện lực điện từ tác dụng lẫn nhau. Giả sử ta có hai dây dẫn mang dòng điện cùng chiều đặt gần nhau (hình 2.12). Ta có các kết luận sau:
- Hai dây dẫn mang dòng điện cùng chiều sẽ hút nhau, mang dòng điện ngược chiều sẽ đẩy nhau.
- Lực tác dụng giữa hai dây dẫn là lực tác dụng và phản tác dụng (lực tương hỗ) nên có trị số bằng nhau và tỷ lệ với các dòng điện.
Hình 2.12