I. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài
Tại một điểm khảo sát cách dòng điện thẳng dài một khoảng r, vectơ cảm ứng từ có phương vuông góc với bán kính nối điểm khảo sát với tâm O [giao của dòng điện với mặt phẳng chứa vuông góc với dòng điện chứa điểm khảo sát].
+ Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I một khoảng r trong chân không được tính bằng công thức: B = \[k\dfrac{I}{r}\]
Trong hệ số SI, hệ số có tỉ lệ k có giá trị bằng 2.10-7.
Vậy: B = 2.10-7.\[\dfrac{I}{r}\] [21.1]
Trong đó, I tính ra ampe [A], r tính ra mét [m], B tính ta tesla [T].
Dựa vào đặc điểm của vec tơ cảm ứng từ ta có phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tuân theo quy tắc nắm tay phải.
II. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn
+ Độ lớn cảm ứng từ B ở tâm dây dẫn tròn bán kính R có dòng điện I chạy qua, được tính bằng công thức:
Vectơ cảm ứng từ có hướng trùng với hướng của đường sức trong lòng vòng dây
B = 2π10-7.\[\dfrac{I}{r}\] [21.1a]
Với R là bán kính của khung dây tròn. Nếu khung dây tròn tạo bởi N vòng dây sít nhau thì:
B = 2π10-7.N.\[\dfrac{I}{r}\] [21.1b]
trong đó, I đo bằng ampe [A], R đo bằng mét [m].
Tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện qua, vectơ cảm ứng từ có phương trùng với trục ống dây, có chiều tuân theo quy tắc nắm tay phải.
III. Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ.
Ống dây có dòng chạy qua:
-Bên trong ống dây, các đường sức từ song song với trục ống dây và cách đều nhau. Nếu ống dây đủ dài [chiều dài rất lớn so với đường kính của ống dây và cách ống] thì đường bên trong ống dây là từ trường đều. Bên ngoài ống, đường sức từ có dạng giống đường sức từ của nam châm thẳng. Cảm ứng từ trong long ống dây được cho bởi công thức: B = 4π.10-7\[\dfrac{N}{l}I\] [21.3a]
trong đó N là tổng số vòng dây, l là độ dài hình trụ. Chú ý rằng \[\frac{N}{l}\] = n = số vòng dây quấn trên một đơn vị dài của lõi, vậy cũng có thể viết:
B = 4π.10-7nI [21.3b]
-Chiều các đường sức từ trong lòng ống dây được xác định theo quy tắc nắm tay phải: Khum bàn tay phải sao cho chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều dòng điện chạy qua ống dây, thì ngón choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trong lòng ống dây.
Mô phỏng từ trường trong dây dẫn đặc biệt
IV. Từ trường của nhiều dòng điện
Phương pháp tính toán tương tự như đối với cường độ điện trường gây bởi nhiều điện tích điểm. Nghĩa là từ trường do nhiều dòng điện gây ra tuân theo nguyên lý chồng chất: Vectơ cảm ứng từ tại một điểm, do nhiều dòng điện gây ra bằng tổng các vectơ cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra tại điểm ấy.
Sơ đồ tư duy về từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt
Cảm ứng từ của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng
\[B=2.10^{-7} \dfrac{I}{r}\]
[ Quy tắc nắm tay phải 1]
r [m]: khoảng cách từ dòng điện đến điểm khảo sát
\[I \ [A] :\] cường độ dòng điện qua vòng dây
Cảm ứng từ là gì? công thức cảm ứng từ được áp dụng trong các trường hợp nào. Để hiểu được các công thức bạn có thể tham khảo bài viết dưới đây.
Cảm ứng từ được ký hiệu bằng B là một đại lượng vật lý có hướng tại một điểm trong từ trường, đặc trùng cho độ mạnh yếu của từ trường, hướng của từ trường và tác dụng của lực từ. Chúng được đo bằng thương số giữa lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện được đặt vuông góc với đường cảm ứng từ tại điểm đó.
Vec tơ của cảm ứng từ tại một điểm có ký hiệu là B→ có phương tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó. Có chiều từ cực nam sang cực bắc của nam châm tại điểm đó.
Cảm ứng từ có đơn vị ký hiệu là T [Tesla] được đặt từ năm 1960 theo tên của nhà bác học Nikola Tesla.
1T là độ lớn của cảm ứng từ của vòng dây dẫn kín có diện tích mặt phẳng chắn được bên trong là 1m vuông. Khi từ thông giảm xuống 0 trong 1s thì sẽ gây ra suất điện động 1 vôn.
Đơn vị T[Tesla] có thể quy đổi ra như sau:
Gs: đơn vị trong vật lý lý thuyết.
γ: Vật lý địa.
Trong đó:
B: cảm ứng từ
F: lực từ
I: cường độ dòng điện chạy qua dây
l: chiều dài dây
Cần xác định cảm ứng từ vecto B tại điểm M cách dây dẫn một đoạn r và có cường độ I. Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa điểm và dây dẫn. Dùng quy tắc bàn tay phải để xác định chiều. Từ đó ta có công thức:
Trong đó:
BM : cảm ứng từ của điểm M.
R: khoảng cách từ điểm xét cảm ứng từ đến dây dẫn
I: cường độ dòng điện đi qua.
Cần xác định cảm ứng từ của vecto B tại tâm O của vòng dây dẫn có bán kính R và cường độ dòng điện I. Có phương vuông góc với mặt phẳng vòng dây. Dựa vào quy tắc bàn tay phải để xác định chiều. Từ đó ta có công thức:
Trong đó:
BO : cảm ứng từ của điểm O.
I: cường độ dòng điện đi qua.
R: bán kính.
Xác định cảm ứng từ vecto B tại điểm bên trong lòng ống dây với cường độ dòng điện I. Với phương song song với trục ống dây dẫn và chiều được xác định bằng quy tắc bàn tay phải. Từ đó ta có công thức:
Trong đó:
B: cảm ứng từ tại 1 điểm.
N: số vòng dây
I: cường độ dòng điện.
N: mật độ vòng dây
L: chiều dài ống dây.
Tham khảo thêm về Cảm biến từ là gì? Đặc điểm và ứng dụng TẠI ĐÂY
- Luyện 100 đề thi thử 2021. Đăng ký ngay!
Với loạt bài Công thức tính cảm ứng từ tổng hợp hay nhất Vật Lí lớp 11 sẽ giúp học sinh nắm vững công thức, từ đó có kế hoạch ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí 11.
Bài viết Công thức tính cảm ứng từ tổng hợp hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức - Đơn vị đo, Mở rộng và Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Công thức tính cảm ứng từ tổng hợp hay nhất Vật Lí 11.
1. Định nghĩa
- Nguyên lí chồng chất từ trường: Véctơ cảm ứng từ tại một điểm do nhiều dòng điện gây ra bằng tổng các véc tơ cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra tại điểm đó.
- Quy tắc nắm tay phải đối với ống dây hình trụ: Khum bàn tay phải theo các vòng dây sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện trong vòng dây, ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chiều các đường sức từ trong lòng ống dây.
2. Công thức – đơn vị đo
Nguyên lí chồng chất từ trường:
Trong đó:
+
+
- Việc cộng các vectơ cảm ứng từ thực hiện theo quy tắc hình hình hành.
- Nếu tại điểm xét có hai vectơ cảm ứng từ
Cảm ứng từ tổng hợp tại điểm xét là:
+ Khi
Nếu B1 = B2;
+ Khi
+ Khi
+ Khi
3. Mở rộng
Khi trong không gian có nhiều dòng điện gây ra từ trường, cần sử dụng các kiến thức sau để xác định từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn có hình dạng đặc biệt:
1, Từ trường của dòng diện chạy trong dây dẫn thẳng dài
Véc tơ cảm ứng từ tại điểm cách dây dẫn một khoảng r:
- Có điểm đặt tại điểm ta xét;
- Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện và điểm ta xét;
- Có chiều xác định theo qui tắc nắm tay phải;
- Có độ lớn:
Trong đó:
+ B là cảm ứng từ, có đơn vị tesla [T];
+ I là cường độ dòng điện, có đơn vị ampe [A];
+ r là khoảng cách từ dòng điện đến vị trí ta xét, có đơn vị mét [m].
2, Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn
Véc tơ cảm ứng từ
- Có điểm đặt tại tâm vòng dây;
- Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây.
- Có chiều tuân theo quy tắc: vào mặt Nam ra mặt Bắc;
- Có độ lớn:
Nếu khung dây tròn tạo bởi N vòng dây sít nhau thì:
Trong đó:
+ B là cảm ứng từ, có đơn vị tesla [T];
+ I là cường độ dòng điện, có đơn vị ampe [A];
+ R là bán kính vòng dây mang dòng điện, có đơn vị mét [m].
+ N là số vòng dây
3, Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ.
+ Véc tơ cảm ứng từ
- Có điểm đặt: tại điểm ta xét;
- Có phương song song với trục ống dây;
- Có chiều vào Nam ra Bắc hoặc xác định theo qui tắc nắm tay phải;
- Có độ lớn:
Trong đó:
+ B là cảm ứng từ, có đơn vị tesla [T];
+ I là cường độ dòng điện, có đơn vị ampe [A];
+ N là tổng số vòng dây;
+ l là chiều dài ống dây, có đơn vị mét [m];
+ n =
4. Ví dụ minh họa
Bài 1:
Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách nhau 32 [cm] trong không khí, dòng điện chạy trên dây 1 là I1 = 5 [A], dòng điện chạy trên dây 2 là I2 = 1 [A] ngược chiều với I1. Điểm M nằm trong mặt phẳng của 2 dòng điện ngoài khoảng hai dòng điện và cách dòng điện I1 8 [cm]. Cảm ứng từ tại M có độ lớn là bao nhiêu ?
Bài giải :
Áp dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định được các vecto cảm ứng từ
Cảm ứng từ do dòng điện I1 gây ra tại M là :
Điểm M cách dòng điện I2 một khoảng là r2 = 8 + 32 = 40 cm = 0,4 m
Cảm ứng từ do dòng điện I2 gây ra tại M là :
Áp dụng nguyên lý chồng chất từ trường
Vì
Và vecto
Bài 2:
Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách nhau 32 [cm] trong không khí, dòng điện chạy trên dây 1 là I1 = 5 [A], dòng điện chạy trên dây 2 là I2 = 1 [A] ngược chiều với I1. Điểm M nằm trong mặt phẳng của hai dây và cách đều hai dây. Cảm ứng từ tại M có độ lớn và chiều như thế nào?
Bài giải:
Áp dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định được các vecto cảm ứng từ
Vì M nằm trong mặt phẳng hai dòng điện và cách đều hai dòng điện nên khoảng cách từ M đến mỗi dòng điện là 16 cm = 0,16 m.
Cảm ứng từ do dòng điện I1 gây ra tại M là :
Cảm ứng từ do dòng điện I2 gây ra tại M là :
Áp dụng nguyên lý chồng chất từ trường
Vì
Và vecto
Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 11 quan trọng hay khác:
Giới thiệu kênh Youtube VietJack