CHƯƠNG I. TỪ TRƯỜNG
§19. TỪ TRƯỜNG
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
• Xung quanh một nam châm hay một dây dẫn có dòng điện chạy qua tồn tại một từ trường.
• Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong đó.
• Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam - Bắc của kim nam châm thử nằm cân bằng tại điểm đó.
• Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mọi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
• Một vài đường sức từ đặc biệt
* Đường sức từ tạo ra bởi dây thẳng dài có dòng điện chạy qua là những đường tròn đồng tâm (có tâm nằm trên dây dẫn điện), vuông góc với dây dẫn và có chiều được xác định theo quy tắc nắm tay phải.
+ Quy tắc nắm tay phải: nắm tay phải sao cho ngón tay cái choãi thẳng ra chi chiều dòng điện. Chiều khum của bốn ngón tay còn lại là chiều của đường sức từ.
* Đường sức từ của dòng điện tròn: Đường sức từ của dòng điện tròn là những đường đâm xuyên vuông góc với bề mặt của vòng dây và có chiều cũng được xác định theo quy tắc nắm tay phải.
+ Quy tắc nắm tay phải: Nắm bàn tay phải sao cho chiều khum của các ngón tay là chiều của dòng điện trong vòng dây, ngón tay cái choãi thẳng là chiều của đường sức từ.
Đường sức từ đi vào từ mặt Nam của vòng dây và đi ra ở mặt Bắc của nó.
• Trái Đất ngoài hai cực Bắc và Nam địa lý, còn có hai cực khác gọi là cực từ bắc và cực từ nam. Cực từ bắc ở gần cực Nam địa lý và cực từ nam nằm gần cực Bắc địa lý của Trái Đất. Đó là lý do tại sao kim nam châm luôn chỉ theo hướng Bắc - Nam.
B. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Phát biểu định nghĩa từ trường?
Giải
Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện chạy qua hay một nam châm thử đặt trong nó.
2. Phát biểu định nghĩa đường sức từ.
Giải
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.
3. So sánh những tính chất của đường sức điện và đường sức từ.
Giải
Đường sức điện:
• Qua mỗi điểm trong không gian chỉ có một đường sức điện.
• Đường sức điện là những đường không khép kín có hướng. Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó.
• Tuy các đường sức điện là dày đặc, nhưng người ta chỉ vẽ một số ít đường theo quy ước sau: Số đường sức đi qua một diện tích nhất định đặt vuông góc với đường sức điện tại điểm mà ta xét thì tỉ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó.
• Chỗ có điện trường lớn thì các đường sức điện vẽ dày, còn ở chỗ cường độ điện trường nhỏ thì các đường sức điện vẽ thưa.
Đường sức từ:
• Qua mỗi điểm trong không gian chỉ có một đường sức từ.
• Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu. Chiều của đường sức từ luôn tuân theo quy tắc xác định (quy tắc nắm tay phải, quy ước “ra Bắc – vào Nam”, quy tắc vặn nút chai..vv..)
• Người ta quy ước vẽ các đường sức từ sao cho chỗ nào từ trường mạnh thì các đường sức từ dày và chỗ nào từ trường yếu thì đường sức từ thưa.
4. So sánh bản chất của điện trường và từ trường.
Giải
Điện trường là một dạng vật chất tồn tại xung quanh điện tích (hạt mang điện) và gây tác dụng điện lên các điện tích khác trong nó.
Từ trường xuất hiện khi có hạt mang điện chuyển động, hay là dạng vật chất tồn tại xung quanh một nam châm. Từ trường tác dụng một lực từ lên một nam châm thử hay một dòng điện khác đặt trong nó.
5. Phát biểu nào dưới đây là 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.
Giải
Giữa hai điện tích, chúng tương tác với nhau bởi một lực, lực đó là lực điện trường (hay lực Coulomb) ⇒ Chọn câu B
6. Phát biểu nào dưới đây là 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.
Giải
Chọn câu B (vì điện tích đứng yên thì không tạo ra dòng điện)
7. Đặt một kim nam châm nhỏ trên mặt một mặt phẳng vuông góc với một dòng điện thẳng. Khi cân bằng, kim nam châm đó sẽ nằm theo hướng nào?
Giải
Đường sức từ của từ trường trong trường hợp này là những đường tròn đồng tâm (nằm trên mặt phẳng vuông góc với dây dẫn và có tâm nằm trên dây dẫn). Như vậy khi cân bằng, kim nam châm sẽ nằm dọc theo tiếp tuyến của đường tròn với tiếp điểm là điểm đang xét (điểm đặt nam châm).
8. 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 sẽ như thế nào?
Giải
Khi không chịu ảnh hưởng của các dòng điện hay nam châm khác, đường nối hai trọng tâm của chúng dọc theo hướng Nam - Bắc. Khi cân bằng, hướng của hai nam châm đều chỉ theo hướng Bắc - Nam địa lý của Trái Đất.