Cách xác định vectơ cảm ứng từ

Câu hỏi: Cách xác định vectơ cảm ứng từ

Trả lời:

Cách xác định vectơ cảm ứng từ trong các trường hợp:

1. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài

 Vectơ cảm ứng từ tại một điểm được xác định: 

-Điểm đặt tại điểm đang xét. 

-Phương tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đang xét. 

-Chiều được xác định theo quy tắc nắm tay phải.

 -Độ lớn:B = 2.10^{^-7}.(I/r)

2. Từ trường của dòng điện chạy trong dây uốn thành vòng tròn: Vectơ cảm ứng từ tại tâm vòng dây được xác định

-Phương vuông góc với mặt phẳng vòng dây. 

- Chiều là chiều của đường sức từ: Khum bàn tay phải theo vòng dây của khung dây sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều của dòng điện trong khung, ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện.

 - Độ lớn: B=2π10^{^-7}.(NI/R)

R: Bán kính của khung dây dẫn

I: Cường độ dòng điện

N:Số vòng dây

3. Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây

 Từ trường trong ống dây là từ trường đều. Vectơ cảm ứng từ được xác định: 

-Phương song song với trục ống dây. 

-Chiều là chiều của đường sức từ.

 -Độ lớn: B=4π10^{^-7}nI

n: Số vòng dây trên 1m

Các em cùng Toploigiai tìm hiểu thêm về cảm ứng từ nhé!

1. Cảm ứng từ

- Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường và được đo bằng thương số giữa lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt vuông góc với đường cảm ứng từ tại điểm đó và tích của cường độ dòng điện và chiều dài đoạn dây dẫn đó.

B = F/I.l

2. Đơn vị cảm ứng từ

- Trong hệ SI, đơn vị cảm ứng từ B là tesla (T). Trong công thức (20.2), F đo bằng niutơn (N), I đo bằng ampe (A) và l đo bằng mét (m).

3. Bài tập về chiều dòng điện cảm ứng 

a. Bài tập 1

Đặt một thanh nam châm thẳng ở gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây khi đưa nam châm lại gần khung dây.

Hướng dẫn:

- Khi đưa nam châm lại gần khung dây, từ thông qua khung dây tăng, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ngoài (để chống lại sự tăng của từ thông qua khung dây) nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ B đến A (xác định nhờ quy tắc nắm tay phải).

b. Bài tập 2

- Đặt một thanh nam châm thẳng ở gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây khi kéo nam châm ra xa khung dây.

Hướng dẫn:

- Khi đưa nam châm ra xa khung dây, từ thông qua khung dây giảm, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng cùng chiều với từ trường ngoài (để chống lại sự giảm của từ thông qua khung dây) nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ A đến B.

c. Bài tập 3

Thí nghiệm được bố trí như hình vẽ. Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong mạch C khi con chạy của biến trở đi xuống?

Hướng dẫn:

    + Dòng điện trong mạch điện chạy từ M đến N có chiều từ cực dương sang cực âm nên cảm ứng từ B→ do dòng điện chạy trong mạch MN gây ra trong mạch kín C có chiều từ trong ra ngoài.

    + Khi con chạy biến trở đi xuống thì điện trở giảm nên dòng điện tăng ⇒ cảm ứng từ B tăng nên từ thông qua mạch C tăng ⇒ cảm ứng từ cảm ứng Bc→ phải ngược chiều với B→.

    + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng có chiều cùng với chiều kim đồng hồ.

4. Những ứng dụng của hiện tượng cảm ứng từ

     Hiện tượng này thường được ứng dụng làm thiết bị gia dụng cũng như vào trong các ứng dụng trong công nghiệp. Điển hình như quạt điện, bếp từ, đèn huỳnh quang, lò vi sóng, lò nướng, máy xay, chuông cửa, loa,… Dưới đây là một số ứng dụng của hiện tượng cảm ứng vào cuộc sống.

* Trong thiết bị gia dụng:

     Điện từ đóng vai trò là nguyên tắc cơ bản đối với các thiết bị gia dụng như thiết bị nhà bếp, đèn, hệ thống điều hòa không khí,…

- Quạt điện:

    Những hệ thống làm mát nói chung hay quạt điện nói riêng đều sử dụng đến động cơ điện. Những động cơ này về bản chất hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng của điện từ. Với bất kỳ thiết bị điện nào, động cơ điện đều hoạt động nhờ từ trường được tạo ra bởi dòng điện theo nguyên lý của lực Lorentz. 

- Bếp từ:

    Thay vì phải dẫn nhiệt từ lửa như bếp ga hay sử dụng các bộ phận làm nóng bằng điện. Sản phẩm về bếp từ đã giúp làm nóng nồi nấu bằng cảm ứng từ. Lúc này, dòng điện cảm ứng trực tiếp sẽ làm nóng dụng cụ nấu bếp. Khi đó, nhiệt độ có thể tăng lên nhanh chóng.  Với bếp từ, một cuộn dây đồng được đặt dưới một lớp vật liệu cách nhiệt (thường là mặt bếp làm bằng gốm thủy tinh), và một dòng điện xoay chiều sẽ được truyền qua cuộn dây đồng này.

    Từ trường dao động sẽ tạo ra một từ thông liên tục từ hóa nồi. Khi đó, nồi đóng vai trò như lõi từ ở máy biến áp. Chính điều này đã tạo nên dòng điện xoáy (còn được gọi là dòng điện Fuco) lớn ở trong nồi. Sự hoạt động của dòng Fuco đã khiến nồi nấu chịu tác dụng của lực hãm điện từ. Qua đó đã gây nên hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Lenxơ và giúp làm nóng đáy nồi cũng như thức ăn bên trong nồi.

* Trong công nghiệp:

    Không chỉ được ứng dụng rộng rãi vào trong các thiết bị điện dân dụng. Hiện tượng cảm ứng  từ còn được con người sử dụng vào hoạt động sản xuất công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể của hiện tượng này vào  trong lĩnh vực công nghiệp:

- Máy phát điện:

    Máy phát điện sử dụng năng lượng cơ học nhằm tạo ra điện. Bộ phận chính của máy phát điện bản chất chính là một cuộn dây nằm trong từ trường. Thay vì việc cần dùng một cuộn dây quay trong từ trường không đổi. Có một cách khác nữa để sử dụng cảm ứng của điện từ đó chính là giữ cho cuộn dây được đứng yên và quay nam châm vĩnh cữu (cung cấp từ thông và từ trường) xung quanh cuộn dây.

- Tàu đệm từ:

    Hệ thống giao thông sử dụng hiện tượng cảm ứng từ được xem là một trong những công nghệ hiện đại. Tàu đệm từ về bản chất là việc dùng nam châm điện mạnh để tăng tốc độ của tàu lên một mức đáng kinh ngạc. Hiện nay, ở Nhật Bản, nhiều đoàn tàu ứng dụng hiện tượng cảm ứng từ được xây dựng, tốc độ của những đoàn tàu vô cùng lớn. Một số đoàn tàu thậm chí có tốc độ hơn 500 km/giờ.