CHƯƠNG IV Từ trường Máy gia tốc xiclôtrôn tại trường Đại học Rát-giơ (Mĩ). Chương này trình bày những vấn đế về lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện thẳng, lực từ tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động (lực Lo-ren-xơ), quy tắc bàn tay trái xác định chiều của lực từ, từ trường của dòng điện thẳng, dòng điện tròn, dòng điện trong ống dây và các quy tắc xác định chiêu của các đường sức từ trong các trường hợp nói trên. 135 Từ TRƯỜNG 1. Tương tác từ a) Cực của nam châm Các nam châm mà ta thường gặp có hai cực, một cực gọi là cực Bắc, kí hiệu là N, cực kia gọi là cực Nam, kí hiệu là s.
Trong thực tế, ta còn gặp những nam châm có số cực lớn hơn 2. Nhưng không có nam châm nào mà số cực là một số lẻ. Ơ-XTÉT (Hans Christian Oersted, b) Thí nghiệm về tương tác từ 1777 - 1851, nhà vật li người Đan Mạch) • Đưa hai cực cùng tên của hai nam châm lại gần Bác nhau thì chúng đẩy nhau (Hình 26.la), hai cực khác tên gần nhau thì chúng hút nhau (Hình 26. • Thí nghiệm ơ-xtét Năm 1820, ơ-xtét đã làm một thí nghiệm được mô tả như trên Hình 26.
Thí nghiệm đó cho thấy dòng điện cũng tác dụng lực lên nam châm. Thí nghiệm ơ-xtét có ý nghĩa quan trọng đặc biệt, nó chì ra rằng dòng điện và nam châm có mối Hình 26.1 Thí nghiệm về tương tác liên hệ chặt chẽ. giữa nam châm với nam châm. • Bố trí thí nghiệm như trên Hình 26.
Thí nghiệm này cho thấy hai dòng điện cũng tương tác với nhau. e a Tương tác giữa nam châm với nam châm, Hình 26.2 Thí nghiệm ơ-xtét. giữa dòng điện với nam châm và giữa dòng điện với dòng điện đều gọi là tương tác từ. Lực tương Dây dẫn nằm theo hướng Bắc - Nam.
Đường nét đứt biểu thị vị trí kim nam tác trong các trường hợp đó gọi là lực từ. châm trước khi cho dòng điện qua dây dẫn. (1) Trong sách này ta quy ước ở các hình vẽ : cực Nam (S) của nam châm màu nhạt, cực Bắc (AO màu đậm. Từ trường a) Khái niệm từ trường Một kim nam châm nhỏ ở gần một thanh nam châm hay một dòng điện, thì có lực từ tác dụng lên kim nam châm.
Ta nói, xung quanh thanh nam châm hay xung quanh dòng điện có từ trường. b) Điện tích chuvền động và từ trường Xung quanh dòng điện có từ trường.3 Tương tác giữa hai dòng điện. dòng điện là do sự chuyên động có hướng của a) Hai dây dẫn khi chưa có dòng các điện tích tạo thành. Vì vậy có thể suy ra là từ điện, b) Hai dòng điện cùng chiều, trường của dòng điện thực chất là từ trường của các hai dây hút nhau, c) Hai dòng điện ngược chiều, hai dây đẩy nhau.
điện tích chuyển động tạo thành dòng điện đó. Ta đã biết xung quanh một điện Hiện nay lí thuyết và thực nghiệm đã chứng tỏ rằng tích có điện trường. Vậy xung quanh xung quanh điện tích chuyên động có từ trường. m ột điện tích chuyển động vừa có điện trường, vừa có từ trường.
c) Tính chất cơ bản của từ trường Tính chất cơ bản của từ trường là nó gây ra lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong nó. Kim nam châm nhỏ dùng để phát hiện từ trường được gọi là nam châm thử. d) Cảm ứng từ Để đặc trưng cho từ trường về mặt gây ra lực từ, ta đưa vào một đại lượng vectơ gọi là cảm ứng từ và kí hiệu là B. Khi nam châm thử nằm cân bằng ở Hình 26.4 Hai nam châm tròn đẩy các điểm khác nhau trong từ trường thì nói chung nhau.
nó định hướng theo các phương khác nhau. Điều đó gợi ý ta coi phương của nam châm thử nằm cân H I Hãy chỉ ra các cực của các bằng tại một điểm trong từ trường là phương của nam châm trong Hình 26. vectơ cảm ứng từ B của từ trường tại điểm đó. Ta quy ước lấy chiều từ cực Nam sang cực Bắc m Coi kím nam châm trong của nam châm thử là chiều của B.
các thí nghiệm ở Hình 2 6 .2 là nam châm thử. Hãy nói rõ Xét một đoạn dòng điện ngắn được đặt tại hai phương và chiều của vectơ cảm điểm khác nhau trong từ trường. Ta thừa nhận rằng ứng từ B tại điểm đặt kim nam lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện ở điểm nào lớn châm ở các hình đó. hơn thì cảm ứng từ tại điểm đó lớn hơn.
Đường sức từ a) Định nghĩa Ta vẽ một đường trong từ trường sao cho khi một nam châm thử nằm cân bằng tại điểm bất kì của đường, thì nó nằm trên tiếp tuyến với đường vừa vẽ tại điểm đang xét. Ngoài ra, ta quy ước lấy chiều từ cực Nam sang cực Bắc của nam châm thử là chiều của đường đó. Đường vừa vẽ sau khi đã xác định chiều theo quy ước trên gọi là đường sức từ. Vậy : Đường sức từ là đường được vẽ trong từ trường sao Hình 26.5 Đường sức từ của một sổ cho tiếp tuyến tại bất kì điểm nào trên đường cũng nam châm.
trùng với phương của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó. Tuy nhiên, tương tự như đường sức điện, đường sức từ cũng được coi là đường có chiều xác định.5a, b, c vẽ các đường sức từ của một nam châm và đường sức từ của từ trường giữa hai cực của hai thanh nam châm đặt gần nhau. b) Các tính chất của đường sức từ Các đường sức từ có những tính chất sau : • Tại mỗi điểm trong từ trường, có thể vẽ được một đường sức từ đi qua và chỉ một mà thôi. • Các đường sức từ là những đường cong kín.
Do đó, người ta nói từ trường là một trường xoáy. Trong trường hợp nam châm, ở ngoài nam châm các đường sức từ đi ra từ cực Bắc, đi vào ở cực Nam của nam châm. • Nơi nào cảm ứng từ lớn hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ mau hơn (dày hơn), nơi nào cẩm ứng từ nhỏ hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ thưa hơn. c) Từ phổ Dùng mạt sắt rắc đều lên một tấm kính đặt trên nam châm, gõ nhẹ tấm kính ta nhận được từ phổ của nam châm.6 là từ phổ của một số nam châm.6a, b, c là từ phổ của một thanh nam châm và từ phổ của từ trường giữa hai cực của hai thanh nam châm đặt gần nhau.
Đường sức từ vẽ trong các hình 26.5a, b, c tương ứng với các từ phổ đó. Từ trường đều Một từ trường mà cảm ứng từ tại mọi điểm đều bằng nhau gọi là từ trường đều. Theo tính chất của đường sức từ, ta suy ra các đường sức của từ trường đều là các đường thẳng song song và cách đều nhau.7 cho biết từ phổ của một nam châm hình chữ ư. Các “đường mạt sắt” ở giữa hai cực của nam châm hình chữ u là các đường gần như song song với nhau và cách nhau khá đều.
Từ đó, ta có thể coi từ trường trong khoảng giữa hai cực của nam Hình 26.6 Từ phổ của một số châm hình chữ u là từ trường đều. Đường sức của nam châm. từ trường này được vẽ trên Hình 26.8 Đường sức từ của nam châm hình chữ u. Trong khoảng giữa hai cực, các đường sức từ song song với nhau và cách đều nhau.
Hãy nêu một thí nghiệm chứng tỏ rằng xung quanh dòng điện có từ trường. Hãy nêu đặc tính cơ bản của từ trường. Hãy trình bày cách tạo ra từ phổ. Đường sức từ là gì ? Độ mau hay thưa của các đường sức từ tại một nơi cố liên hệ như thế nào với cảm ứng từ tại nơi đó ? 5.
Hãy nêu tính chất của các đường sức từ. Từ trường đều là gì ? Khi vẽ các đường sức của từ trường đều có gì cần chú ý ? BÀI TẬP 1. Chọn câu sai. Tương tác giữa dòng điện với dòng điện là tương tác từ.
Cảm ứng từ đặc trưng cho từ trường về mặt gây ra lực từ. Xung quanh một điện tích đứng yên có điện trường và từ trường. Ta chỉ có thể vẽ được một đường sức từ đi qua mỗi điểm trong từ trường. Hãy chỉ ra đúng, sai trong các câu sau.
Các đường mạt sắt của từ phổ cho biết dạng các đường sức từ. Các đường sức của từ trường đều có thể là các đường cong cách đều nhau, □ □ c. Nói chung các đường sức điện thl không kín, còn các đường sức từ là các đường cong kín. Một hạt mang điện chuyển động theo quỹ đạo tròn trong từ trường thì quỹ □ □ đạo đó là một đường sức từ của từ trường.
Theo truyền thuyết thì do tình cờ người ta phát hiện ra một loại đá có thể hút được sắt. Nơi phát hiện ra loại đá đó là vùng núi M a-nhê-di-a ở Đông Bắc Hi Lạp. Do đó người ta gọi tên loại đá đó là magnit. Vào thời kì đó “đá” hút được sắt là điều hết sức kì lạ.
Vì thế đã có biết bao nhiêu chuyện huyền bí và cả thần bí gắn với magnit. Ngày nay người ta biết loại đá đó là ôxit sắt. Theo tài liệu cổ chúng ta biết rằng, người châu Âu đã biết dùng la bàn từ rất sớm. Trong một tài liệu xuất bản vào cuối thế kỉ XII có viết rằng, ở thời kì đó những người đi biển đã dùng một chiếc kim luôn luôn chỉ về hướng Bắc để giúp họ xác định phương hướng.
Tuy nhiên, có nhiều người cho rằng người Trung Quốc biết dùng la bàn để tìm phương hướng còn sớm hơn nhiều, có thể là từ thế kỉ V, thậm chí còn có thể là từ trước công nguyên. Tên gọi "nam châm " trong tiếng Việt là m ột từ Hán - Việt có nghĩa là kim chỉ phương Nam. 140 P h ư ơ n g v à c h iề u c ủ a lực t ừ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN Lực mà từ trường tác dụng lên nam châm hay lên dòng điện đều gọi là lực từ. Trong bài này ta sẽ khảo sát phuong và chiều của lục từ tác dụng lên dòng điện.
Lục từ tác dụng lên dòng điện còn đuọc gọi là lục Am-pe. Thí nghiệm xác định lực từ tác dụng lên dòng điẹn Bố trí thí nghiệm như ở Hình 27. Tàu biển Ya-ma-tô, Trong thí nghiệm, dùng một nam châm điện hình con tàu thí nghiệm dùng lực từ. Mặt phẳng khung dây được đặt vuông góc với đường sức từ của nam châm.
Cạnh AB của khung nằm ngang và chỉ vừa chạm vào khoảng không gian giữa hai cực của nam châm hình chữ u.