Từ trường là gì? Đường sức từ của dòng diện và Quy tắc nắm tay phải - Vật lý 11 bài 19

Để giải đáp câu hỏi trên, chúng ta cùng đi tìm hiểu Từ trường là gì? Đường sức từ của dòng điện có hình dạng ra sao? Cách xác định chiều của đường sức từ bằng quy tắc nắm tay phải như thế nào? qua nội dung bài viết dưới đây.

I. Nam châm

- Nam châm là một loại vật liệu có thể hút được sắt vụn.

- Mỗi nam châm có hai cực: là cực bắc và cực nam

- Khi hai nam châm đặt gần nhau, chúng đẩy nhau nếu cùng cực và hút nhau nếu trái cực.

- Giữa hai nam châm khi đặt gần nhau có tương tác với nhay thông qua lực đặt qua các cực. Lực này gọi là lực từ. Tính chất này của nam châm gọi là từ tính.

- Khi một kim nam châm nhỏ đặt cân bằng, nếu không có một nam châm khác thì hai cực của kim nam châm ấy luôn chỉ theo hướng Bắc - Nam.

II. Từ tính của dây dẫn có dòng điện

- Nam châm có thể có tác dụng lực lên dòng điện.

lực từ do nam châm tác dụng lên dòng điện

- Dòng điện có thế có tác dụng lực lên nam châm.

Lực từ do dòng điện tác dụng lên nam châm

- Hai dòng điện có thể tương tác với nhau.

* Kết luận: Giữa hai dây dẫn có dòng điện (dòng điện), giữa hai nam châm, giữa một dòng điện và một nam châm đều có tương tác từ với nhau (lực từ). Hay dòng điện và nam châm có từ tính.

III. Từ trường

1. Từ trường là gì?

- Định nghĩa: Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong nó.

2. Hướng của từ trường

- Từ trường định hướng cho các nam châm nhỏ

- Quy ước: Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam - Bắc của kim nam châm nhỏ cân bằng tại điểm đó.

IV. Đường sức từ

1. Đường sức từ là gì?

- Định nghĩa: Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.

2. Quy tắc nắm tay phải xác định chiều của đường sức từ

* Để xác định chiều của đường sức từ ta sử dụng quy tắc nắm tay phải:- Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của các đường sức từ.

2. Các ví dụ về đường sức từ

* Ví dụ 1: Từ trường của dòng điện thẳng rất dài như hình sau:

° Từ trường của dòng điện thẳng dài

Đường sức dòng điện thẳng hướng về phía sau mặt phẳng

- Là những đường tròn nằm trong những mặt phẳng vuông góc với dòng điện và có tâm nằm trên dòng điện;

- Có chiều được xác định bởi quy tắc nắm tay phải.

Đường sức dòng điện thẳng hướng về phía trước mặt phẳng

* Từ trường của dòng điện tròn

Đường sức của dòng điện tròn

- Đường sức từ có chiều cùng đi vào một mặt và đi ra mặt kia của một dòng điện tròn ấy.

- Mặt Nam: là mặt khi nhìn vào ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ.

- Mặt Bắc: là mặt khi nhìn vào ta thấy dòng điện chạy theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

- Chiều của đường sức từ của dòng điện tròn: Các đường sức từ có chiều đi vào mặt Nam và đi ra từ mặt Bắc của dòng điện trong ấy.

* Từ trường của một nam châm

- Đường sức từ là những đường cong đối xứng qua nam châm, có chiều đi ra từ cực Bắc đi vào từ cực Nam.

- Càng gần các cực (hai đầu) của nam châm, từ trường càng mạnh, đường sức từ càng dày (mau hơn).

* Đối với nam châm chữ U thì đường sức từ có đặc điểm

- Bên ngoài nam châm, đường sức từ là những đường cong đối xứng qua trục của thanh nam châm, có chiều đi ra từ cực Bắc, đi vào từ cực Nam.

- Càng gần đầu nam châm, đường sức từ càng dày hơn.

- Trong khoảng không gian giữa hai cực của nam châm, đường sức từ là những đường thẳng song song cách đều nhau (từ trường đều) có chiều đi ra từ cực Bắc, đi vào từ cực Nam.

3. Tính chất của đường sức từ

Qua mỗi điểm trong không gia chỉ vẽ được một đường sức từ.

Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.

Chiều của các đường sức từ tuân theo quy tắc xác định (nắm tay phải, ra Bắc vào Nam).

IV. Từ trường của trái đất (địa từ trường)

- Nghiên cứu cho thấy, Trái Đất luôn tồn tại một từ trường. Từ trường của trái đất xuất hiện do tính chất từ của vật chất Trái Đất hợp thành.

- Từ trường của Trái đất được coi như một lưỡng cực từ trường, với một cực gần cực bắc địa lí và cực kia gần cực nam địa lí. Một đường thẳng tưởng tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng 11⁰ so với trục quay của Trái Đất.

V. Bài tập về từ trường

* Bài 1 trang 124 SGK Vật Lý 11: Phát biểu định nghĩa từ trường

° Lời giải bài 1 trang 124 SGK Vật Lý 11:

- Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự tác dụng lực từ lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong nó.

* Bài 2 trang 124 SGK Vật Lý 11: Phát biểu đinh nghĩa đường sức từ

° Lời giải bài 2 trang 124 SGK Vật Lý 11:

- Đường sức từ là những đường cong vẽ trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.

* Bài 3 trang 124 SGK Vật Lý 11: So sánh những tính chất của đường sức điện và đường sức từ.

° Lời giải bài 3 trang 124 SGK Vật Lý 11:

¤ Điểm giống nhau gữa đường sức điện và đường sức từ:

- Qua mỗi điểm trong không gian có điện trường ta chỉ vẽ được một đường sức điện và cũng qua mỗi điểm trong không gian có từ trường ta chỉ vẽ được một đường sức từ.

- Quy ước: Tại chỗ nào có từ trường mạnh (hoặc điện trường mạnh) thì có đường sức vẽ màu (dày hơn), chỗ nào có từ trường yếu (hoặc điện trường yếu) thì có đường sức vẽ thưa hơn (mảnh hơn).

¤ Điểm khác nhau gữa đường sức điện và đường sức từ:

- Đường sức điện: Các đường sức điện không khép kín. Bắt đầu từ điện tích dương, kết thúc ở điện tích âm. Trường hợp chỉ có điện tích âm hoặc điện tích dương thì các đường sức từ hoặc bắt đầu hoặc kết thúc ở vô cực.

- Đường sức từ: Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.

- Chiều đường sức điện: Hướng ra từ vật nhiễm điện dương, hướng vào vật nhiễm điện âm.

- Chiều đường sức từ: Theo quy tắc vào Nam ra Bắc, quy tắc nắm tay phải.

* Bài 4 trang 124 SGK Vật Lý 11: So sánh bản chất của điện trường và từ trường

° Lời giải bài 4 trang 124 SGK Vật Lý 11:

- Điện trường tồn tại xung quanh hạt mang điện trong khi đó từ trường tồn tại xung quanh nam châm hay dòng điện (dòng các hạt mang điện chuyển động).

- Điện trường tác dụng lực điện lên hạt mang điện còn từ trường tác dụng lực từ lên nam châm hay dòng điện đặt trong nó.

* Bài 5 trang 124 SGK Vật Lý 11: Phát biểu nào dưới đây SAI? Lực từ là lực tương tác:

A. Giữa hai nam châm.

B. Giữa hai điện tích.

C. Giữa hai dòng điện.

D.Giữa một nam châm và một dòng điện.

° Lời giải bài 5 trang 124 SGK Vật Lý 11:

¤ Chọn đáp án: B.Giữa hai điện tích.

- Vì nếu hai điện tích đứng yên thì chỉ có tương tác tĩnh điện như vậy câu B sai.

* Bài 6 trang 124 SGK Vật Lý 11: Phát biểu nào dưới đây đúng? Từ trường không tương tác với:

A. Các điện tích chuyển động

B. Các điện tích đứng yên.

C. Nam châm đứng yên.

D. Nam châm chuyển động.

° Lời giải bài 6 trang 124 SGK Vật Lý 11:

¤ Chọn đáp án: B.Các điện tích đứng yên.

- Vì từ trường không tương tác với các điện tích đứng yên.

* Bài 7 trang 124 SGK Vật Lý 11: Đặt một kim nam châm nhỏ trên mặt phẳng vuông góc với một dòng điện thẳng. Khi cân bằng kim nam châm đó sẽ nằm theo hướng nào?

° Lời giải bài 7 trang 124 SGK Vật Lý 11:

- Khi cân bằng, kim nam châm nhỏ nằm cân bằng dọc theo hướng một đường sức từ của dòng điện thẳng.

* Bài 8 trang 124 SGK Vật Lý 11: Hai kim nam châm nhỏ đặt xa các dòng điện và các nam châm khác; đường nối hai trọng tâm của chúng nằm theo hướng nam - Bắc. Khi cân bằng, hướng của hai kim nam châm đó sẽ như thế nào?

° Lời giải bài 8 trang 124 SGK Vật Lý 11:

- Nếu từ trường trái đất mạnh hơn từ trường của kim nam châm thì kim nam châm chịu tác dụng của từ trường Trái Đất nên hai kim nam châm sẽ sắp xếp lần lượt theo hướng Nam – Bắc.

- Nếu từ trường của trái đất yếu hơn từ trường của kim nam châm: Hai kim nam châm sẽ xếp chồng lên nhau, cực bắc của nam châm này hút cực nam của nam châm kia.