Lý thuyết về từ trường của ống dây có dòng điện chạy qua siêu hay cực chi tiết giúp bạn nắm vững kiến thức trọng tâm vật lý lớp. Bài viết được chúng tôi tổng hợp dưới đây gòm lý thuyết và nhiều bài tập hấp dẫn, mời bạn đọc tham khảo. Chúc các em học sinh học tập hiệu quả hơn và đạt được kết quả cao trong học tập.
Mục lục bài viết
1. Lý thuyết về từ trường của ống dây có dòng điện chạy qua:
Từ phổ, đường sức từ của ống dây có dòng điện chạy qua
Trong hệ thống dây điện, khi dòng điện chạy qua ống dây tạo ra một hiện tượng từ phổ. Từ phổ này tương tự như từ phổ bên ngoài của một thanh nam châm thẳng. Tính chất từ phổ này đặc biệt quan trọng trong việc hiểu và áp dụng các nguyên lý của điện từ học.
Đường sức từ ở bên ngoài ống dây, nơi mà dòng điện chạy qua tạo ra các đường cong khép kín, tương tự như hình vẽ của một nam châm. Điều này thể hiện rằng từ trường tạo ra bởi dòng điện chạy qua ống dây là một trường từ quanh ống dây. Bên trong ống dây, nơi mà dòng điện chạy các đoạn dây thẳng song song với nhau. Điều này tạo ra một trường từ thẳng và đồng hướng với hướng của ống dây.
Ống dây, nơi chứa dòng điện chạy qua, cũng có thể được coi là một nam châm. Hai đầu của ống dây tương tự như hai cực từ của một nam châm, với đầu một có các đường sức từ đi ra là cực Bắc và đầu kia có các đường sức từ đi vào là cực Nam. Điều này thể hiện rằng ống dây khi mang dòng điện sẽ tạo ra một trường từ từ trong ống dây với hướng từ cực Bắc đến cực Nam.
Quy tắc nắm tay phải
a) Chiều đường sức từ của ống dây có dòng điện chạy qua phụ thuộc vào chiều của dòng điện chạy qua các cuộn dây. Điều này phản ánh quy luật Ampère một trong những quy tắc cơ bản trong điện từ học. Theo quy luật này, chiều của đường sức từ được xác định bởi chiều của dòng điện chạy qua vùng từ đó. Nếu dòng điện chạy qua các cuộn dây theo chiều kim đồng hồ (tức là từ cực Bắc đến cực Nam), thì đường sức từ sẽ xuất hiện theo hướng từ cực Bắc đến cực Nam. Ngược lại, nếu dòng điện chạy qua các cuộn dây ngược chiều kim đồng hồ thì đường sức từ sẽ xuất hiện theo hướng ngược lại.
b) Quy tắc nắm tay phải (hay còn gọi là quy tắc vít bàn tay phải) là một quy tắc cơ bản trong điện từ học được sử dụng để xác định chiều của đường sức từ trong một vùng từ. Theo quy tắc này, bạn nắm đóng cần vặn của một ốc vít bằng bàn tay phải và hướng ngón tay theo chiều dòng điện chạy qua các cuộn dây. Khi đó, ngón tay cái sẽ chỉ về phía cực Bắc của từ trường và ngón trỏ sẽ chỉ về phía cực Nam. Đường sức từ sẽ xuất hiện theo hướng từ cực Bắc đến cực Nam tương ứng với chiều ngón trỏ của bạn.
2. Phương pháp giải:
Xác định chiều đường sức từ hay chiều dòng điện của ống dây
Áp dụng quy tắc nắm tay phải là một cách hiệu quả để suy ra chiều của đường sức từ trong lòng ống dây khi biết chiều của dòng điện chạy qua ống dây và ngược lại.
Chiều đường sức từ trong lòng ống dây khi biết chiều dòng điện qua ống dây:
Áp dụng quy tắc nắm tay phải, ta có thể thực hiện như sau:
– Nắm cầm bàn tay phải sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều của dòng điện chạy qua ống dây.
– Ngón tay cái sẽ chỉ về phía cực Bắc của từ trường và ngón trỏ sẽ chỉ về phía cực Nam.
– Do đó, đường sức từ sẽ xuất hiện từ cực Bắc đến cực Nam trong lòng ống dây.
Chiều dòng điện trong ống dây khi biết chiều đường sức từ trong lòng ống dây khi có dòng điện chạy qua:
Tương tự, ta cũng có thể sử dụng quy tắc nắm tay phải để suy ra chiều của dòng điện trong ống dây khi biết chiều của đường sức từ:
– Nắm cầm bàn tay phải sao cho ngón trỏ hướng theo chiều của đường sức từ trong lòng ống dây (từ cực Bắc đến cực Nam).
– Ngón cái sẽ chỉ về phía chiều của dòng điện chạy qua ống dây.
– Ví dụ, nếu đường sức từ xuất hiện từ cực Bắc đến cực Nam trong lòng ống dây và dòng điện chạy từ cực Bắc đến cực Nam, thì ngón cái cũng sẽ chỉ về phía chiều dòng điện.
Như vậy, áp dụng quy tắc nắm tay phải không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa dòng điện và từ trường, mà còn là công cụ hữu ích để giải quyết các vấn đề liên quan đến điện từ học và kỹ thuật điện.
Xác định sự định hướng của nam châm thử khi đặt gần một ống dây có dòng điện chạy qua
Để vẽ đường sức từ của ống dây có dòng điện, ta có thể sử dụng quy tắc nắm tay phải. Trước tiên, hãy xác định chiều dòng điện chạy qua ống dây. Sau đó, ta có thể áp dụng quy tắc nắm tay phải để xác định chiều của đường sức từ trong ống dây.
Giả sử dòng điện chạy từ cực Bắc đến cực Nam trong ống dây. Khi đó, theo quy tắc nắm tay phải:
– Nắm cầm bàn tay phải sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều của dòng điện chạy qua ống dây (từ cực Bắc đến cực Nam).
– Ngón cái sẽ chỉ về phía cực Bắc của từ trường và ngón trỏ sẽ chỉ về phía cực Nam.
– Do đó, đường sức từ sẽ xuất hiện từ cực Bắc đến cực Nam trong lòng ống dây.
Sau khi đã xác định được chiều của đường sức từ trong ống dây, ta có thể xác định sự định hướng của nam châm thử theo quy tắc đã nêu:
– Trục của kim nam châm thử trùng với tiếp tuyến của đường sức từ tại điểm đặt nó.
– Chiều cực Bắc của nam châm thử trùng với chiều đường sức từ.
Như vậy, sau khi đã biết chiều của đường sức từ trong ống dây, ta có thể đặt nam châm thử vào vị trí đó và xác định được hướng của nam châm thử. Điều này là cực kỳ hữu ích trong việc xác định từ trường và thực hiện các thí nghiệm hoặc ứng dụng trong lĩnh vực điện từ học và kỹ thuật.
3. Bài tập trắc nghiệm về lý thuyết:
Câu 1: Điều nào sau đây là đúng khi nói về các cực từ của ống dây có dòng điện chạy qua?
A. Đầu có các đường sức từ đi ra là cực Bắc, đầu còn lại là cực Nam.
B. Đầu có tác đường sức từ đi vào là cực Nam, đầu còn lại là cực Bắc.
C. Hai đầu của ống dây đều là cực Bắc.
D. Hai đầu của ống dây đều là cực Nam.
Đáp án: A
Câu 2: Khi đặt một nam châm thẳng gần ống dây, hiện tượng gi sẽ xảy ra?
A. Chúng luôn hút nhau.
B. Chúng luôn đẩy nhau.
C. Chúng không tương tác gì với nhau nếu trong ống dây không có dòng điện.
D. Trong mọi điều kiện chúng không bao giờ tương tác nhau.
Đáp án: C
Câu 3: Xét về phương diện từ, tại sao có thể coi một ống dây có dòng điện chạy qua tương đương với một nam châm thẳng?
A. Vì dạng từ phổ của ống dây có dòng điện chạy qua giống dạng từ phổ của nam châm thẳng.
B. Vì ống dây có dòng điện chạy qua có thể hút hoặc đẩy thanh nam châm đặt gần nó.
C. Vì khi hai ống dây có dòng điện chạy qua đặt gần nhau, chúng có thể hút hoặc đẩy nhau.
D. Cả ba lí giải trên đều đúng.
Đáp án: D
Câu 4: Quy tắc nắm bàn tay phải dùng để
A. Xác định chiều đường sức từ của nam châm thẳng.
B. Xác định chiều đường sức từ của một dây dẫn có hình dạng bất kì có dòng điện chạy qua.
C. Xác định chiều đường sức từ của ống dây có dòng điện chạy qua.
D. Xác định chiều đường sức từ của dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua.
Đáp án: C
Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng với nội dung của quy tắc nắm bàn tay phải?
A. Nắm ống dây bằng tay phải sao cho bốn ngón tay nắm lại chỉ chiều dòng điện qua ống dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ trong lòng ống dây.
B. Nắm ống dây bằng tay phải sao cho bốn ngón tay nắm lại chỉ chiều dòng điện qua ống dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ bên ngoài ống dây.
C. Nắm ống dây bằng tay phải khi đó bốn ngón tay nắm lại chỉ chiều đường sức từ trong lòng ống dây.
D. Nắm ống dây bằng tay phải khi đó ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ trong lòng ống dây.
Đáp án: A
Câu 6: Các đường sức từ ở trong lòng ống dây có dòng điện một chiều chạy qua có những đặc điểm gì?
A. Là những đường thẳng song song, cách điều nhau và vuông góc với trục của ống dây.
B. Là những vòng tròn cách đều nhau, có tâm nằm trên trục của ống dây.
C. Là những đường thẳng song song, cách đều nhau và hướng từ cực Bắc đến cực Nam của ống dây.
D. Là những đường thẳng song song, cách đều nhau và hướng từ cực Nam đến cực Bắc của ống dây.
Đáp án: D
Câu 7: Vì sao có thể coi ống dây có dòng điện một chiều chạy qua như một thanh nam châm thẳng?
A. Vì ống dây cũng có tác dụng lực từ lên kim nam châm.
B. Vì ống dây cũng tác dụng lực từ lên kim sắt.
C. Vì ống dây cũng có hai cực từ như thanh nam châm.
D. Vì một kim nam châm đặt trong lòng ống dây cũng chịu tác dụng của một lực giống như khi đặt trong lòng thanh nam châm.
Đáp án: C
Câu 8: Nếu dùng quy tắc nắm tay phải để xác định chiều của từ trường của ống dây có dòng điện chạy qua thì ngón tay cái choãi ra chỉ điều gì?
A. Chiều của dòng điện trong ống dây.
B. Chiều của lực điện từ lên nam châm thử.
C. Chiều của lực điện từ tác dụng lên cực Bắc của nam châm thử đặt ở ngoài ống dây.
D. Chiều của lực điện từ tác dụng lên cực Bắc của nam châm thử trong lòng ống dây.
Đáp án: D
Câu 9: Quy tắc nào sau đây xác định được chiều của đường sức từ ở trong lòng một ống dây có dòng điện một chiều chạy qua?
A. Quy tắc bàn tay phải.
B. Quy tắc bàn tay trái.
C. Quy tắc nắm tay phải.
D. Quy tắc nắm tay trái.
Đáp án: C
Câu 10: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về đường sức từ của dòng điện trong ống dây?
A. Dạng đường sức từ giống dạng đường sức từ của nam châm thẳng.
B. Chiều của đường sức từ bên ngoài ống dây xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải.
C. Các đường sức từ có thể cắt nhau.
D. Các phát biểu A, B, C đều đúng.
Đáp án: A
THAM KHẢO THÊM:
