Kiến thức cần nhớ
1. Quy tắc nắm tay phải
Sử dụng để xác định chiều của đường sức từ.
Quy tắc nắm tay phải: Nắm bàn tay phải, rồi đặt sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện chạy qua các vòng dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trong lòng ống dây.
Ứng dụng
- Xác định từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài
- Với dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài, đường sức từ của nó là những đường tròn có tâm nằm trên dây dẫn điện và vuông góc với dòng điện. Khi đó, sử dụng quy tắc bàn tay phải để xác định chiều của đường sức từ như sau:
+ Nắm bàn tay phải sao cho ngón cái choãi ra nằm dọc theo dây dẫn I, khi đó, ngón cái chỉ theo chiều dòng điện về điểm Q, các ngón tay còn lại khum theo chiều đường sức từ trên đường tròn tâm O [O nằm trên dây dẫn I].
+ Công thức tính độ lớn cảm ứng từ:
B = 2. 10-7. I/r
Trong đó: B: Độ lớn cảm ứng từ tại điểm cần xác định I: Cường độ dòng điện của dây dẫn r: Khoảng cách từ điểm cần xác định đến dây dẫn [m]
- Xác định từ trường của dòng điện trong dây dẫn uốn thành vòng tròn
- Đường sức từ đi qua đường dẫn uốn thành vòng tròn có 2 loại: Đường sức từ đi qua tâm O của vòng tròn dây dẫn điện là đường thẳng dài vô hạn.
- Những đường sức từ còn lại là những đường cong đi vào từ mặt nam và đi ra từ mặt bắc của dòng điện tròn đó.
- Công thức tính độ lớn cảm ứng từ tại tâm O của vòng dây:
B = 2. 10-7. π. N. I/r
Trong đó: B: là độ lớn cảm ứng từ tại điểm cần tính N: Số vòng dây dẫn điện I: Cường độ dòng điện [A] r: bán kính vòng dây [m]
- Xác định từ trường của dòng điện chạy trong ống dây hình trụ.
- Dây dẫn điện quấn quanh ống dây hình trụ. Trong ống dây, các đường sức từ là những đường thẳng song song, khi đó chiều của đường sức từ được xác định theo quy tắc bàn tay phải như sau:
+ Nắm bàn tay phải rồi đặt sao cho chiều khum bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện quấn trên ống dây, khi đó, ngón cái choãi ra chỉ hướng của đường sức từ. Đường sức từ đi vào từ mặt nam và đi ra mặt bắc của ống dây đó.
+ Công thức tính độ lớn cảm ứng từ trong lòng ống dây:
B = 4. 10-7. π. N. I/l
Trong đó: B: là độ lớn cảm ứng từ tại điểm cần tính N: Số vòng dây dẫn điện I: Cường độ dòng điện [A] r: bán kính vòng dây [m] l: là chiều dài ống dây hình trụ [m]
2. Quy tắc bàn tay trái
Sử dụng để xác định chiều lực điện từ.
Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức 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.
- Chú ý:
+ Nếu dây dẫn đặt song song với đường sức từ thì không có lực từ tác dụng lên nó.
+ Thông thường, lực từ thường có tác dụng làm quay khung dây hoặc làm khung dây bị nén hay bị kéo dãn.
- Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức 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 90° chỉ chiều của lực điện từ.
Quy tắc này dựa trên cơ sở lực từ tác động lên dây điện theo biểu thức toán học:
F = I dl×B
Ở đây:
* F là lực từ
* I là cường độ dòng điện
* dl là véc tơ có độ dài bằng độ dài đoạn dây điện và hướng theo chiều dòng điện
* B là véc tơ cảm ứng từ trường.
- Phương của lực F là phương của tích véc tơ của dl và B, và do đó có thể xác định theo quy tắc bàn tay trái như trên.
- Cũng có thể xác định phương của F theo quy tắc bàn tay phải [xem thêm các bài viết về quy tắc bàn tay phải và tích véc tơ].
So sánh quy tắc nắm bàn tay phải và nắm bàn tay trái, khi nào dùng quy tắc nắm tay phải và khi nào nắm tay trái
- Quy tắc nắm tay phải dùng để xác định chiều dòng điện cảm ứng trong một dây dẫn chuyển động trong một từ trường.
Phát biểu quy tắc: Nắm bàn tay phải, rồi đặt sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện chạy qua các vòng dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trong lòng ống dây
- Quy tắc bàn tay trái [còn gọi là quy tắc Fleming] là quy tắc định hướng của lực do một từ trường tác động lên một đoạn mạch có dòng điện chạy qua và đặt trong từ trường.
Phát biểu quy tắc: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức 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 90° chỉ chiều của lực điện từ.
Ví dụ minh hoạ
Ví dụ 1: Dựa vào quy tắc nắm tay phải hay quy tắc cái đinh ốc đối với dòng điện tròn hãy phát biểu quy tắc xác định chiều dòng điện trong ống dây.
Lời giải:
Quy tắc nắm tay phải: nắm 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 cái đinh ốc: đặt đinh ốc dọc trục của ống dây. Xoay đinh ốc sao cho chiều tiến của đinh ốc theo chiều của đường sức từ, thì chiều xoay của đinh ốc là chiều của dòng điện.
Ví dụ 2: Cho các trường hợp có lực điện từ tác dụng sau đây:
Các trường hợp có lực điện từ nằm ngang hướng sang phải trên hình vẽ gồm:
- Không có
- c, d
- a
- a, b
Không có trường hợp nào hướng sang phải vì
a, b: Lực điện từ hướng sang trái.
c, d: Lực điện từ hướng xuống dưới.
→ Đáp án A
Bài tập tự luyện
Câu 1: Mặt cắt thẳng đứng của một đèn hình trong máy thu hình được vẽ như trong hình vẽ. Tia AA' tượng trưng cho chùm electron đến đập vào màn huỳnh quang M, các ống dây L1, L2 dùng để lái chùm tia electron theo phương nằm ngang. Hỏi đường sức từ trong các ống dây L1, L2 sẽ hướng như thế nào?
- Từ L1 đến L2
- Từ L2 đến L1
- Trong L1 hướng từ dưới lên và từ trên xuống trong L2
- Trong L1 hướng từ trên xuống và từ dưới lên trong L2
Áp dụng quy tắc nắm tay phải ⇒ Chiều cảm ứng từ có chiều từ L1 đến L2
→ Đáp án A
Câu 2: Cho các trường hợp tác dụng của lực điện từ lên một đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua như hình vẽ sau:
Các trường hợp có dòng điện chạy xuyên vào mặt phẳng tờ giấy gồm:
- a, b, c
- a, b
- a
- Không có
Cả 3 trường hợp dòng điện chạy ra khỏi mặt phẳng tờ giấy
→ Đáp án D
Câu 3: Cho các trường hợp có lực điện từ tác dụng sau đây:
Các trường hợp có lực điện từ thẳng đứng hướng lên trên hình vẽ gồm:
- a, b
- c, d
- a
- Không có
Trong 4 hình vẽ không có hình vẽ nào mà có lực điện từ hướng lên trên
→ Đáp án D
Câu 4: Cho các trường hợp của lực điện từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện chạy qua như hình vẽ:
Các trường hợp có cực Bắc [N] ở phía bên phải gồm?
- a, b
- Không có
- a
- c, d
Các trường hợp có cực Bắc [N] ở phía bên phải gồm : c và d
→ Đáp án D
Câu 5: Mặt cắt thẳng đứng của một đèn hình trong máy thu hình được vẽ như trong hình vẽ. Tia AA' tượng trưng cho chùm electron đến đập vào màn huỳnh quang M, các ống dây L1, L2 dùng để lái chùm tia electron theo phương nằm ngang. Chùm tia electron chuyển động từ A đến A' thì lực điện từ tác dụng lên các electron có chiều như thế nào?
- Từ trên xuống dưới trong mặt phẳng tờ giấy.
- Thẳng góc với mặt phẳng tờ giấy và từ trước ra sau.
- Từ dưới lên trên trong mặt phẳng tờ giấy.
- Thẳng góc với mặt phẳng tờ giấy và từ sau ra trước.
Chiều dòng điện ngược chiều với chiều chuyển động của các electron tức là từ A' đến A ⇒ Áp dụng quy tắc bàn tay trái ⇒ Chiều lực từ thẳng góc với mặt phẳng tờ giấy và từ sau ra trước
→ Đáp án D
Câu 6: Một dây dẫn AB có thể trượt tự do trên hai thanh ray dẫn điện MC và ND được đặt trong từ trường mà đường sức từ vuông góc với mặt phẳng MCDN, có chiều đi về phía sau mặt tờ giấy về phía mắt ta. Hỏi thanh AB sẽ chuyển động theo hướng nào?
- Hướng F2
- Hướng F4
- Hướng F1
- Hướng F3
Áp dụng quy tắc bàn tay trái ⇒ Hướng lực từ theo hướng F1
→ Đáp án C
Câu 7: Cho các trường hợp có lực điện từ tác dụng sau đây:
Các trường hợp có lực điện từ thẳng đứng hướng xuống trên hình vẽ gồm:
- a
- c, d
- a, b
- Không có
Các trường hợp c và d có lực điện từ hướng xuống phía dưới
→ Đáp án B
Câu 8: Cho các trường hợp có lực điện từ tác dụng sau đây:
Các trường hợp có lực điện từ nằm ngang hướng sang trái trên hình vẽ gồm:
- c, d
- a, b
- a
- Không có
Trường hợp có lực điện từ nằm ngang hướng sang trái gồm a và b
→ Đáp án B
Câu 9: Quan sát hình vẽ
Hãy cho biết chiều dòng điện và chiều của lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn CD đúng với hình nào trong các hình a, b, c hay d.
- Hình d
- Hình a
- Hình c
- Hình b
Áp dụng quy tắc bàn tay trái với dây CD với chiều dòng điện từ C đến D ⇒ Chiều của lực từ hướng lên => Hình c