Đường sức từ là những đường vẽ trong không gian có từ trường sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có phương trùng với phương của từ trường tại điểm đó. Đường sức từ có những tính chất nào? Hãy tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Mục lục bài viết
1. Đường sức từ không có tính chất nào?
Câu hỏi: Đường sức từ không có tính chất nào sau đây?
A. Các đường sức từ là các đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.
B. Các đường sức từ của cùng một từ trường có thể cắt nhau.
C. Chiều của các đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định.
D. Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức từ.
Đáp án: B. Các đường sức từ của cùng một từ trường có thể cắt nhau.
Giải thích:
– Đường sức từ là các đường chỉ hướng của lực từ tác dụng lên các nam châm hay các vật dẫn điện có dòng điện chạy qua. Các đường sức từ luôn luôn là các đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu, do đó, tính chất A là đúng.
– Chiều của các đường sức từ tuân theo quy tắc bàn tay phải: nếu ngón cái chỉ hướng dòng điện, các ngón còn lại sẽ chỉ hướng của các đường sức từ, do đó, tính chất C là đúng.
– Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức từ, nếu không sẽ gây ra mâu thuẫn về hướng và cường độ của lực từ, do đó, tính chất D là đúng.
– Các đường sức từ của cùng một từ trường không thể cắt nhau, vì nếu cắt nhau sẽ có hai hướng khác nhau của lực từ tại điểm giao nhau, do đó, tính chất B là sai.
2. Đường sức từ có những tính chất nào?
Đường sức từ là những hình vẽ trong không gian có từ trường sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có phương trùng với phương của từ trường tại điểm đó. Đường sức từ có những tính chất sau:
* Qua mỗi điểm trong không gian chỉ có thể vẽ được một đường sức từ:
Nếu có hai đường sức từ cắt nhau tại một điểm, thì tại điểm đó sẽ có hai hướng khác nhau của cảm ứng từ, điều này là bất khả thi. Do đó, các đường sức từ không bao giờ giao nhau.
Điều này có nghĩa là từ trường tại một điểm không thể có hai hướng khác nhau, mà chỉ có một hướng duy nhất theo đường sức từ. Đường sức từ luôn bắt đầu từ cực bắc của nam châm và kết thúc tại cực nam của nam châm. Đây là quy tắc để xác định hướng của đường sức từ, dựa trên hiện tượng nam châm hút nhau và đẩy nhau. Đường sức từ không bao giờ cắt nhau, vì nếu cắt nhau thì tại điểm cắt sẽ có hai hướng của từ trường, mâu thuẫn với tính chất trên. Càng gần nam châm, đường sức từ càng dày đặc, tức là từ trường càng mạnh. Điều này cho thấy mức độ tương tác giữa nam châm và các vật có tính từ càng lớn khi khoảng cách càng nhỏ. Càng xa nam châm, đường sức từ càng thưa, tức là từ trường càng yếu. Điều này cho thấy mức độ tương tác giữa nam châm và các vật có tính từ càng nhỏ khi khoảng cách càng lớn.
* Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc là vô hạn ở cả hai đầu:
Điều này phản ánh việc không tồn tại các nam châm đơn cực, hay các nguồn hoặc ống thoát của từ trường. Các đường sức từ luôn bắt nguồn từ nam châm hoặc dòng điện và kết thúc tại nam châm hoặc dòng điện khác.
Có nghĩa là không có điểm bắt đầu hoặc kết thúc cho các đường sức từ, mà chúng luôn tạo thành các vòng lặp hoặc kéo dài ra xa.
* Chiều của các đường sức từ sẽ tuân theo quy tắc xác định: quy tắc nắm tay phải và quy tắc vào nam ra bắc:
Quy tắc nắm tay phải là một quy tắc được dùng để xác định chiều của đường sức từ trong các dòng điện chạy trong dây dẫn chuyển động trong một trường từ. Quy tắc này cũng được dùng để xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong một dây dẫn chuyển động trong một trường từ. Quy tắc nắm tay phải được thực hiện như sau: Nắm bàn tay phải sao cho bốn ngón tay bao quanh ống dây, ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ thì chiều từ cổ tay đến đầu bốn ngón tay chỉ chiều dòng điện tròn trong ống dây. Quy tắc nắm tay phải có nhiều ứng dụng trong vật lý, ví dụ như xác định từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng, vòng tròn hay ống dây hình trụ. Quy tắc nắm tay phải khác với quy tắc bàn tay trái, hay còn gọi là quy tắc Fleming, là quy tắc xác định hướng của lực do một từ trường tác động lên một đoạn mạch có dòng điện chạy qua và đặt trong từ trường.
Quy tắc vào nam ra bắc là một quy tắc giúp xác định chiều của đường sức từ xung quanh một dòng điện hay một nam châm. Theo quy tắc này, ta nắm bàn tay trái sao cho ngón cái hướng theo chiều dòng điện (hoặc cực Bắc của nam châm), các ngón còn lại hướng theo chiều của đường sức từ. Đường sức từ có chiều vào nam (ngón cái) và ra bắc (ngón trỏ). Quy tắc này được áp dụng trong nhiều bài toán về từ trường và cảm ứng từ trong vật lý 9 và 11.
* Các đường sức từ luôn vuông góc với bề mặt của các vật nam châm hoặc các dây dẫn điện có dòng điện chạy qua:
Điều này có nghĩa là hướng của đường sức từ luôn song song với hướng của lực từ tác dụng lên các vật nam châm hoặc các vật có tính từ. Điều này có nghĩa là nếu ta đặt một kim từ trên bề mặt của một vật nam châm hoặc một dây dẫn điện, kim từ sẽ chỉ theo hướng vuông góc với bề mặt đó. Tính chất này giúp ta xác định hướng của đường sức từ và cũng cho thấy sự liên quan giữa từ trường và dòng điện.
3. Tìm hiểu các nội dung khác về đường sức từ:
3.1. Khái niệm về đường sức từ:
Đường sức từ là một khái niệm trừu tượng được sử dụng để mô tả sự tương tác của các vật có tính từ trong không gian. Đường sức từ được vẽ sao cho ở mỗi điểm, hướng của đường sức từ trùng với hướng của cảm ứng từ tại điểm đó. Độ lớn của cảm ứng từ được biểu thị bởi mật độ của các đường sức từ: càng nhiều đường sức từ càng gần nhau thì cảm ứng từ càng lớn.
Đường sức từ là những đường vẽ trong không gian có từ trường sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có phương trùng với phương của từ trường tại điểm đó. Đường sức từ có thể quan sát được bằng thí nghiệm từ phổ, khi rắc mạt sắt lên tấm nhựa đặt trong từ trường và gõ nhẹ. Nơi nào mạt sắt dày thì từ trường mạnh và ngược lại nơi nào mạt sắt thưa thì từ trường yếu. Bên ngoài nam châm, các đường sức từ có chiều đi ra từ cực Bắc (N) đi vào cực Nam (S) của nam châm.
Đường sức từ có vai trò quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng của các hiện tượng liên quan đến từ trường, như nam châm, dòng điện, sóng điện từ, v.v. Đường sức từ cũng giúp chúng ta hiểu được cấu trúc và hoạt động của các thiên thể có từ trường, như Trái Đất, Mặt Trời, các hành tinh khác, v.v.
3.2. Các ví dụ về đường sức từ:
– Từ trường của nam châm thẳng: Các đường sức từ đi ra ở cực Bắc và đi vào ở cực Nam của nam châm. Trong lòng nam châm, các đường sức từ là những đường thẳng song song cách đều nhau. Bên ngoài nam châm, các đường sức từ là những đường cong uốn lượn.
– Từ trường của dòng điện thẳng rất dài: Các đường sức từ là những đường tròn xung quanh dây dẫn. Chiều của các đường sức từ được xác định bằng quy tắc nắm tay phải: Nếu nắm bàn tay phải sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện thì ngón cái chỉ hướng của các đường sức từ.
– Từ trường của Trái Đất: Các đường sức từ có hình dạng giống như nam châm thanh. Cực Bắc của Trái Đất gần với cực Nam của nam châm thanh và ngược lại. Các đường sức từ bị uốn cong do ảnh hưởng của gió mặt trời.
