I R2 2 R 33 E3 E 2 10 2 5 3 110 (3)
1.3. ĐƯỜNG SỨC TỪ
Phương pháp thực nghiệm để xác định đường cảm ứng rất đơn giản và hay đượcdùng. Người ta rắc mạt sắt lên một tấm bìa cứng đặt trong từ trường của nam châm. Dưới tác dụng của từ trường, mạt sắt bị từ hóa, biến thành những nam châm nhỏ. Những nam châm này, chịu tác dụng của lực từ sẽ định hướng dọc theo các đường cảm ứng từ nếu ta gõ nhẹ vào tấm bìa. Sự sắp xếp của mặt sắt cho ta hình ảnh của đường cảmứng. Hình ảnh đó gọi là từ phổ
Hình 3.4 a: Từ phổ của nam châm thẳng Hình 3.4 b: Từ phổ của nam châm chữ U
Định nghĩa: Đường sức từ là đường được vẽ trong không gian có từ trường sao cho hướng của tiếp tuyến tại điểm bất kỳ nào trên đường cũng trùng với hướng của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó
Tính chất của đường sức từ:
Tại một điểm trong từ trường có thể vẽ được một đường sức từ đi qua và chỉ một mà thôi
Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu. Trong trường hợp nam châm, ở ngoài nam châm các đường sức từ đi ra từ cực Bắc đi vào ở cực Nam của nam châm. Chiều của các đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định (quy tắc nắm bàn tay phải, quy tắc vào Nam ra Bắc)
Các đường sức từ không cắt nhau
Người ta quy ước: Nơi nào có cảm ứng từ lớn hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ mau hơn, nơi nào cảm ứng từ nhỏ hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ thưa hơn.
48
2. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN
2.1. TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY DẪN THẲNG
Thí nghiệm: Xuyên một dây dẫn thẳng đứng qua một tờ bìa đặt nằm ngang, rắc mạt sắt nên tấm bìa, cho dòng điện chạy qua và gõ nhẹ nên tờ bìa. Ta thu được từ phổ của dòng điện thẳng.
Hình 3.5: Hình dạng đường sức từ của dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua
Dạng của đường sức từ: là các đường tròng đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dòng điện
Chiều của đường sức từ xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải: Đặt bàn tay phải sao cho ngón cái dọc theo dây dẫn chỉ chiều dòng điện, khum bốn ngón tay kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón tay là chiều của đường sức từ
Ta còn có thể xác định theo quy tắc cái đinh ốc: Đặt cái đinh ốc dọc theo dây dẫn quay cái đinh ốc sao cho nó tiến theo chiều dòng điện thì chiều quay của cái đinh ốc là chiều của các đường sức từ
Tại một điểm khảo sát cách dòng điện thẳng dài một khoảng r, vectơ cảm ứng từ có phương vuông góc với bán kính nối điểm khảo sát với tâm O (giao của dòng điện với mặt phẳng chứa vuông góc với dòng điện chứa điểm khảo sát)
+ Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I một khoảng r trong chân không được tính bằng công thức:
B 2.10 .7 I
r
(3.1) Trong đó, I tính ra ampe (A), r tính ra mét (m), B tính ta tesla (T).
49
2.2. TỪ TRƯỜNG CỦA VÒNG DÂY VÀ TỪ TRƯỜNG TRONG ỐNG
DÂY
a, Từ trường của vòng dây
Thí nghiệm: Cho vòng dây nằm trong mặt phẳng đứng xuyên qua tờ bìa và vuông góc với tờ bìa chứa tâm dòng điện, rắc mạt sắc và gõ nhẹ tờ bìa, ta thu được từ phổ của dòng điện tròn
Hình 3.6 Hình dạng đường sức từ của vòng dây tròn
Hình ảnh các đương sức từ: Các đường sức từ của dòng điện tròn là những đường cong có chiều đi vào ở mặt Nam và đi ra ở mặt Bắc của dòng điện, trong đó đường sức đi qua tâm là đường thẳng vô hạn ở hai đầu và vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện
Chiều các đường sức từ tuân theo quy tắc nắm bàn tay phải: Khum bán tay phải theo vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều của dòng điện, thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều các đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện
Độ lớn cảm ứng từ B ở tâm dây dẫn tròn bán kính R có dòng điện I chạy qua, được tính bằng công thức:
7 .I2 .10 .n 2 .10 .n B R (3.2) Trong đó, I đo bằng ampe (A), R đo bằng mét (m).
b, Từ trường trong ống dây:
Các ống dây hình trụ được tạo thành bởi một dây dẫn quấn quanh một lõi hình trụ, khi cho dòng điện đi vào dây dẫn. Thì các đường sức từ trong lòng ống
50
dây là những đường thẳng song song cùng chiều và cách đều nhau, nếu ống dây đủ dài thì từ trường trong lòng ống dây là từ trường đều, bên ngoài ống dây hình ảnh các đường sức từ giống nam châm thẳng
Hình 3.7 Hình ảnh đường sức từ trong lòng ống dây
Chiều các đường sức từ xác định quy tắc nắm bàn tay phải: Dùng bàn tay phải nắm ống dây sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện, ngón cái choãi ra cho ta chiều các đường sức từ.
Cảm ứng từ trong lòng ống dây được tính theo công thức: 7 .I
4 .10 .N
B
(3.3) Trong đó: là chiều dài ống dây, N là số vòng dây
3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA TỪ TRƯỜNG
3.1. SỨC TỪ ĐỘNG
Dòng điện là nguồn tạo ra từ trường, đại lượng đặc trưng cho khả năng gây ra từ trường của dây dẫn có dòng điện được gọi là sức từ động của dây dẫn
Kí hiệu: F
Dòng điện trong dây dẫn càng lớn thì suất từ động càng lớn. Nếu cuộn dây có W vòng thì sức từ động mạnh gấp W lần so với dây dẫn có cùng dòng điện
F = I.W (3.4) Chiều của sức từ động là chiều của đường sức trong lòng cuộn dây do đó được xác định bằng quy tắc vặn nút chai