§21. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

• Cảm ứng từ gây ra bởi dây dẫn thẳng dài có dòng điện chạy qua tại điểm M cách dây dẫn một đoạn r

$\vec{B}$:

- Điểm đặt : điểm đang xét

- Phương: phương tiếp tuyến với đường cảm ứng từ tại điểm đang xét

- Chiều : xác định theo quy tắc nắm tay phải

- Độ lớn : B = 2.$10^{-7}$$\large \frac{I}{r}$

• Cảm ứng từ gây ra bởi khung dây điện tròn có bán kính r (tại tâm của khung dây)

$\vec{B}$:

- Điểm đặt : tâm của khung dây

- Phương : vuông góc với khung dây

- Chiều : xác định theo quy tắc nắm tay phải

- Độ lớn : B = 2$\pi$.$10^{-7}$$\large \frac{I}{r}$

• Cảm ứng từ trong ống dây hình trụ

$\vec{B}$:

- Điểm đặt : điểm đang xét

- Phương: Song song với trục của ống dây

- Chiều : xác định theo quy tắc nắm tay phải

- Độ lớn : B = 4$\pi$.$10^{-7}$nI với n là số vòng dây trên 1 đơn vị chiều dài ống hay B = 4$\pi$.$10^{-7}$$\large \frac{N}{l}$I với N là số vòng được quấn trên ống l là chiều dài ống

B. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Giải

Cảm ứng từ B tại một điểm trong từ trường của dòng điện phụ thuộc vào những yếu tố sau:

- Tỉ lệ với cường độ dòng điện I gây ra từ trường

- Phụ thuộc vào dạng hình học của dây dẫn (dây dẫn thẳng dài, khung dây, ống dây)

- Phụ thuộc vào vị trí của điểm đang xét

- Phụ thuộc vào môi trường xung quanh

(Ở chương trình vật lí 11 ta chỉ xét môi trường là không khí)

2. Độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài thay đổi thế nào khi điểm ấy dịch chuyển

a) song song với dây?

b) vuông góc với dây?

c) theo một đường sức từ xung quanh dây?

Giải

a) Một điểm di chuyển song song với dây dẫn thẳng dài, theo hướng song song với dây dẫn độ lớn của cảm ứng từ sinh ra bởi dây dẫn sẽ không thay đổi và khoảng cách giữa điểm đó và dây dẫn không đổi.

b) Một điểm di chuyển theo phương vuông góc với dây dẫn thẳng dài, độ lớn của cảm ứng từ sinh ra bởi dây dẫn sẽ thay đổi về độ lớn.

- Nếu điểm di chuyển ra xa dây: cảm ứng từ tại điểm này giảm

- Nếu điểm di chuyển vào gần dây: cảm ứng từ tại điểm này tăng

c) Một điểm di chuyển theo một đường sức từ xung quanh dây, độ lớn của cảm ứng từ sinh ra bởi dây dẫn sẽ không đổi, nhưng phương và chiều của nó thay đổi tuỳ theo vị trí của điểm đó trên đường sức từ.

3. Phát biểu nào dưới đây là đúng?

Độ lớn của cảm ứng từ tại tâm một dòng điện tròn

A. tỉ lệ với cường độ dòng điện.

B. tỉ lệ với chiều dài đường tròn.

C. tỉ lệ với diện tích hình tròn.

D. tỉ lệ nghịch với điện tích hình tròn.

Giải

B = 2$\pi$.$10^{-7}$$\large \frac{I}{r}$

⇒ Chọn câu A

4. Phát biểu nào dưới đây là đúng?

Cảm ứng từ trong lòng dây điện hình trụ

A. luôn bằng 0.

B. tỉ lệ với chiều dài ống dây.

C. là đồng đều.

D. tỉ lệ với tiết diện ống dây.

Giải

Trong lòng ống dây từ trường là một từ trường đều

⇒ Chọn câu C

5. So sánh cảm ứng từ bên trong hai dây điện sau:

Giải

Cảm ứng từ sinh ra trong lòng của mỗi ống dây

6. Hai dòng điện đồng phẳng: dòng thứ nhất thẳng dài, $I_{1}$ = 2A; dòng thứ hai hình tròn, tâm $O_{2}$ cách dòng thứ nhất 40 cm, bán kính $R_{2}$ = 20 cm, $I_{2}$ = 2A. Xác định cảm ứng từ tại $O_{2}$.

Giải

Cảm ứng từ do dòng điện thẳng $I_{1}$ sinh ra tại $O_{2}$

Cảm ứng từ do vòng dây $I_{2}$ sinh ra tại $O_{2}$

* Giả sử dòng điện $I_{1}$ đi từ dưới lên, dòng $I_{2}$ đi theo chiều kim đồng hồ

⇒ B = $B_{1}$ + $B_{2}$ = $10^{-6}$ + 6,28.$10^{-6}$ = 7,28.$10^{-6}$ T (chiều hướng vào trong mặt phẳng tờ giấy)

* Giả sử dòng điện $I_{1}$ đi từ dưới lên, dòng $I_{2}$ đi theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

⇒ B = $B_{2}$ - $B_{1}$ = 6,28.$10^{-6}$ – $10^{-6}$ = 5,28. $10^{-6}$ T (chiều hướng vào trong mặt phẳng tờ giấy)

* Giả sử dòng điện $I_{1}$ đi từ trên xuống, dòng điện $I_{2}$ đi cùng chiều kim đồng hồ .

⇒ B = $B_{2}$ - $B_{1}$ = 6,28.$10^{-6}$ - $10^{-6}$ = 5,28.$10^{-6}$ T

(chiều hướng vào trong)

* Giả sử dòng điện $I_{1}$ đi từ trên xuống, dòng điện $I_{2}$ đi ngược chiều kim đồng hồ

⇒ B = $B_{1}$ + $B_{2}$ = $10^{-6}$ + 6,28.$10^{-6}$ = 7,28.$10^{-6}$ T

(chiều hướng ra ngoài).

7. Hai dòng điện $I_{1}$ = 3 A, $I_{2}$ = 2 A chạy trong hai dây dẫn thẳng dài, song song cách nhau 50 cm theo cùng một chiều. Xác định những điểm tại đó $\vec{B}$ = 0.

Giải

Hai dòng điện cùng chiều ⇒ Điểm C phải nằm giữa khoảng cách 2 dòng điện trên thì $\vec{B}$ = $\vec{B}_{1}$ + $\vec{B}_{2}$ = 0

⇒ BC = 20cm, AC = 30cm

Vậy C nằm giữa A và B cách B một đoạn 20 cm. Quỹ tích những điểm mà ở đó cảm ứng từ tổng hợp bị triệt tiêu là đường thẳng đi qua C và song song với hai dây dẫn nói trên.