Bài 20: Lực từ, cảm ứng từ

Mục lục

* * * * *

Bài 19-20.9 trang 49 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

Một đoạn dây dẫn đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ 0,35 T. Khi dòng điện cường độ 14,5 A chạy qua đoạn dây dẫn, thì đoạn dây dẫn này bị tác dụng một lực từ bằng 1,65 N. Nếu hướng của dòng điện hợp với hướng của từ trường một góc 30° thì độ dài của đoạn dây dẫn bằng bao nhiêu ?

Hướng dẫn giải

Áp dụng công thức về lực từ: F = BIl sinα, ta suy ra độ dài của đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua:

\(\ell = {F \over {BIsin{{30}^0}}} = {{1,65} \over {0,35.14,5.0,50}} \approx 0,65m\)

Bài 19-20.10 trang 49 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

Hai dòng điện I₁ và I₂chạy trong hai dây dẫn thẳng, đồng phẳng và trực giao nhau. Xác định hướng của lực từ do dòng điện I₁ tác dụng lên dòng điện I₂ trong hai trường hợp (a) và (b) trên Hình 19-20.3.

Hướng dẫn giải

Trước tiên, xác định hướng của cảm ứng từ \(\overrightarrow {{B_1}} \) do dòng điện I₁ gây ra theo quy tắc bàn tay phải (mục IV.2, Bài 19, Chương IV, Vật lí 11). Sau đó, xác định hướng của lực từ \(\overrightarrow {{F_1}} \) do dòng điện I₁ tác dụng lên dòng điện I₂ theo quy tắc bàn tay trái (mục I.2, Bài 20, Chương IV, Vật lí 11). Xem Hình 19-20.IG.

Bài 19-20.11 trang 49 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

Một khung dây dẫn hình chữ nhật, kích thước 30 cm x 20 cm, được đặt trong một từ trường đều có phương vuông góc với mặt phẳng của khung dây và có cảm ứng từ là 0,10 T. Cho dòng điện cường độ 5,0 A chạy qua khung dây dẫn này. Xác định:

a) Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây'dẫn.

b) Lực từ tổng hợp tác dụng lên khung dây dẫn.

Hướng dẫn giải

a) Áp dụng công thức F = Bilsinα ( với α = π/2, sinα =1) và quy tắc bàn tay trái để xác định độ lớn và hướng của lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây dẫn(Hình 19-20.2G). Từ đó, ta suy ra :

- Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh l₁ = 30 cm :

\(\overrightarrow {{F_2}} = - \overrightarrow {{F_1}} \Rightarrow \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} = \overrightarrow 0 \)

Có độ lớn F₁ = F₂ = BIl₁ = 0,10.5,0.0,30 = 0,15N.

- Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh l₂ = 20 cm :

\(\overrightarrow {{F_4}} = - \overrightarrow {{F_3}} \Rightarrow \overrightarrow {{F_3}} + \overrightarrow {{F_4}} = \overrightarrow 0 \)

Có độ lớn F₃ = F₄ = Bil₂ = 0,10.5,0.0,20 = 0,10N.

b) Lực từ tổng hợp tác dụng lên khung dây dẫn có giá trị bằng :

\(\overrightarrow F = \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} + \overrightarrow {{F_3}} + \overrightarrow {{F_4}} = \overrightarrow 0 \)
(vì mỗi cặp lực từ tác dụng lên hai cạnh đối diện của khung dây dẫn có hợp lực bằng không \(\overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} = \overrightarrow 0 \) và \(\overrightarrow {{F_3}} + \overrightarrow {{F_4}} = \overrightarrow 0 \) ).

Bài 19-20.12* trang 49,50 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

Một thanh kim loại MN dài l = 4,0 cm và khối lượng m = 4,0 g được treo thẳng ngang bằng hai dây kim loại cứng song song cùng độ dài AM và CN trong từ trường đều. Cảm ứng từ của từ trường này có có độ lớn B = 0,10 T, hướng vuông góc với thanh MN và chếch lên phía trên hợp với phương thẳng đứng một góc α. Lúc đầu, hai dây treo AM và CN nằm trong mặt phẳng thẳng đứng. Sau đó, cho dòng điện cường độ I = 10 A chạy qua thanh MN. Lấy g ≈ 10 m/s². Xác định góc lệch γ của mặt phẳng chứa hai dây treo AM và CN so với mặt phẳng thẳng đứng trong hai trường hợp:

a) góc α = 90° ; b) góc góc α= 60°.

Hướng dẫn giải

Nếu cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) hướng vuông góc với dòng điện I và chếch lên phía trên hợp với phương thẳng đứng góc α, thì theo quy tắc bàn tay trái, lực từ do từ trường tác dụng lên dòng điện I sẽ hướng vuông góc với \(\overrightarrow B \) và hợp với phương thẳng đứng góc β = π/2 - α trong cùng mặt phăng vuông góc với dòng điện I như Hình 19-20.3G. Khi đó, hợp lực \(\overrightarrow R \) của lực từ \(\overrightarrow F \) và trọng lực \(\overrightarrow P \) của thanh MN sẽ hợp với phương thẳng đứng một góc γ đúng bằng góc lệch của mặt phẳng chứa hai dây treo AM và CN so với mặt phẳng thẳng đứng của chúng sao cho \(\overrightarrow R \) có độ lớn và hướng được xác định theo các công thức:

R² = F² + P² – 2Fpcosβ = F² + P² – 2Fpsinα

\({F \over {\sin \gamma }} = {R \over {\sin \beta }} = {R \over {{\rm{cos}}\alpha }}\)

Từ đó ta suy ra:

\(\sin \gamma = {{F\cos \alpha } \over R} = {{F\cos \alpha } \over {\sqrt {{F^2} + {P^2} - 2FP\sin \alpha } }}\)

a) Khi α = 90°, thì cos90⁰ = 0, nên sin γ = 0 và γ = 0

b) Khi α = 60⁰

Vì lực từ F = BIl = 40.10^-3 N và trọng lực P = mg ≈ 40.10^-3 N, nên F = P.

Thay vào ta có

\(\sin \gamma = {{\cos {{60}^0}} \over {\sqrt {2(1 - \sin {{60}^0})} }} \approx {{0,50} \over {\sqrt {2.(1 - 0,87)} }} \approx 0,96 \\ \Rightarrow \gamma \approx {74^0}\)