Giải vật lí 11 bài 19: Từ trường

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Từ tính của nam châm

Nam châm là các vật có khả năng hút các vật bằng sắt hoặc thép, gồm hai cực Bắc và Nam, đẩy các nam châm khi để cùng cực.

Nam châm thường là hợp chất hoặc chất: sắt, niken, coban, magan,...

Cực của nam châm là những miền có lực hút mạnh nhất.

Khi một kim nam châm nhỏ đặt cân bằng, nếu không có một nam châm khác thì hai cực của kim nam châm ấy luôn chỉ theo hướng Bắc – Nam.

Giữa hai nam châm khi đặt gần nhau có tương tác với nhay thông qua lực đặt qua các cực. Lực này gọi là lực từ. Tính chất này của nam châm gọi là từ tính.

Khi hai nam châm đặt gần nhau, chúng đẩy nhau nếu cùng cực; hút nhau nếu trái cực.

2. Từ tính của dây dẫn có dòng điện

Dây dẫn có dòng điện (dòng điện) cũng có từ tính như một nam châm.

Dòng điện có thế có tác dụng lực lên nam châm.

Nam châm có thể có tác dụng lực lên dòng điện.

Hai dòng điện có thể tương tác với nhau.

Kết luận: Giữa hai dây dẫn có dòng điện (dòng điện), giữa hai nam châm, giữa một dòng điện và một nam châm đều có tương tác từ với nhau (lực từ). Hay dòng điện và nam châm có từ tính.

3. Từ trường – Đường sức từ

3.1. Từ trường

Từ trường: là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong đó.

Cách phát hiện từ trường: Đặt một kim nam châm nhỏ trong miền không gian cần xác định:

Nếu kim nam châm chỉ hướng Bắc – Nam thì miền không gian đó không có từ trường.

Nếu kim nam châm chỉ hướng bất kì (quay đến vị trí cân bằng xác định), phụ thuộc vào tương tác giữa kim nam châm và từ trường thì miền không gian đó tông tại từ trường.

3.2. Đường sức từ

Đường sức từ là những đường vẽ trong không gia có từ trường sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có phương trùng với phương của từ trường tại điểm đó.

Chiều của đường sức từ tại một điểm là chiều của từ trường tại điểm đó.

Quan sát đường sức từ bằng từ phổ.

Cách quan sát: rắc mạt sắt lên một tấm nhựa nhẵn. do tác dụng của từ trường, mạt sắt trở thành những nam châm nhỏ (bị từ hóa) và sắp xếp theo những đường sức từ.

Từ trường của dòng điện thẳng dài

• Là những đường tròn nằm trong những mặt phẳng vuông góc với dòng điện và có tâm nằm trên dòng điện.
• Chiều: xác định theo quy tắc nắm tay phải: Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta theo chiều các đường sức từ.

Từ trường của dòng điện tròn

• Đường sức từ có chiều cùng đi vào một mặt và đi ra mặt kia của một dòng điện tròn ấy.
• Mặt Nam: là mặt khi nhìn vào ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ.
• Mặt Bắc: là mặt khi nhìn vào ta thấy dòng điện chạy theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.
• Chiều của đường sức từ của dòng điện tròn: Các đường sức từ có chiều đi vào mặt Nam và đi ra từ mặt Bắc của dòng điện trong ấy.

Từ trường của một nam châm

• Đường sức từ là những đường cong đối xứng qua nam châm, có chiều đi ra từ cực Bắc đi vào từ cực Nam.
• Càng gần các cực (hai đầu) của nam châm, từ trường càng mạnh, đường sức từ càng dày (mau hơn).

Đặc biệt, đối với nam châm chữ U thì đường sức từ có đặc điểm

• Bên ngoài nam châm, đường sức từ là những đường cong đối xứng qua trục của thanh nam châm, có chiều đi ra từ cực Bắc, đi vào từ cực Nam.
• Càng gần đầu nam châm, đường sức từ càng mau hơn.
• Trong khoảng không gian giữa hai cực của nam châm, đường sức từ là những đường thẳng song song cách đều nhau (từ trường đều) có chiều đi ra từ cực Bắc, đi vào từ cực Nam.

3.3. Tính chất của đường sức từ

Qua mỗi điểm trong không gia chỉ vẽ được một đường sức từ.

Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.

Chiều của các đường sức từ tuân theo quy tắc xác định (nắm tay phải, ra Bắc vào Nam).

3.4. Từ trường của trái đất (địa từ trường)

Nghiên cứu cho thấy, Trái Đất luôn tồn tại một từ trường. Từ trường của trái đất xuất hiện do tính chất từ của vật chất Trái Đất hợp thành.

Từ trường của Trái đất được coi như một lưỡng cực từ trường, với một cực gần cực bắc địa lí và cực kia gần cực nam địa lí. Một đường thẳng tưởng tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng 11⁰ so với trục quay của Trái Đất.

II. GIẢI BÀI TẬP