Lực từ là gì? Vecto cảm ứng từ là gì? Công thức tính lực từ và Quy tắc bàn tay trái xác định chiều của lực - Vật lý 11 bài 20

Bài viết này sẽ giúp các em biết lực từ là gì? cách xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện. Cảm ứng từ: Đơn vị cảm ứng từ là gì? độ lớn của vecto cảm ứng từ, công thức tính lực từ.

I. Lực từ

Để dễ dàng khảo sát và đo đạc lực từ, trước hết ta khảo sát trong một từ trường đều.

1. Từ trường đều

- Từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau tại mọi điểm; các đường sức từ là những đường thẳng song song, cùng chiều và cách đều nhau.

- Từ trường đều có thể được tạo thành giữa hai cực của một nam châm hình chữ U.

2. Xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện

- Trong một từ trường đều có các đường sức từ thẳng đứng (tạo bởi một nam châm hình chữ U như hình vẽ, ta đặt một đoạn dây dẫn M₁M₂ = l vuông góc với các đường sức từ. Giả sử M₁M₂ được treo nằm ngang nhờ hai dây dẫn mảnh cùng độ dài O₁M₁ = O₂M₂, có hai đầu O₁ và O₂ được giữ cố định. Dòng điện đi vào O₁ và đi ra O₂ qua dây dẫn M₁M₂ theo chiều từ M₁ đến M₂.

- Khi cho dòng điện có cường độ I chạy qua M₁M₂ thì xuất hiện lực từ  tác dụng lên M₁M₂.

- Kết quả là  có phương nằm ngang và có chiều như hình vẽ:

- Lực  có cường độ được xác định bởi công thức: F= mgtanθ.

II. Cảm ứng từ

1. Thí nghiệm

- Tiếp tục thí nghiệm trên nhưng cho I và l thay đổi, kết quả cho thấy thương số   không thay đổi.

- Thương số này đặc trưng cho tác dụng của từ trường tại vị trí khảo sát được gọi là cảm ứng từ tại vị trí đang xét, kí hiệu là B: 

2. Đơn vị cảm ứng từ

Trong hệ SI, đơn vị cảm ứng từ là tesla (T).

Trong công thức trên, F đo bằng niutơn (N), I đo bằng ampe (A) và l đo bằng mét (m).

3. Vectơ cảm ứng từ

Người ta biểu diễn cảm ứng từ bằng một vectơ gọi là vectơ cảm ứng từ, kí hiệu là .

Vectơ cảm ứng từ  tại một điểm:

- Có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó;

- Có độ lớn bằng: 

4. Biểu thức tổng quát của lực từ  theo 

Lực từ có điểm đặt tại trung điểm của M₁M₂ có phương vuông góc với và , có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái và có độ lớn:

 F = IlBsinα

 trong đó α là góc tạo bởi  và 

• Quy tắc Bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường cảm ứng từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra 90⁰ chỉ chiều của lực điện từ.

Quy tắc bàn tay trái xác định chiều của lực từ

> Chú ý: Tương tự điện trường, từ trường cũng tuân theo nguyên lí chồng chất từ trường.