Từ trường
I. TƯƠNG TÁC TỪ.
- Tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa dòng điện với nam châm và giữa dòng điện với dòng điện đều gọi là tương tác từ.
- Lực tương tác trong các trường hợp đó gọi là lực từ.
II. TỪ TRƯỜNG.
1. Khái niệm từ trường.
- Từ trường là trường lực gây ra bởi dòng điện hoặc nam châm, là một dạng của vật chất tồn tại xung quanh dòng điện hoặc nam châm mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm khác đặt trong nó.
2. 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.
- Nhờ tính chất này người ta dùng kim nam châm nhỏ, gọi là nam châm thử để phát hiện sự tồn tại của từ trường.
3. Cảm ứng từ.
- Để đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực người ta đưa vào một đại lượng vectơ gọi là cảm ứng từ, kí hiệu là \(\vec{B}\).
- Người ta quy ước lấy chiều từ cực Nam (S) sang cực Bắc (N) của nam châm thử là chiều của vectơ cảm ứng từ \(\vec{B}\).
- Từ trường đều là từ trường có cảm ứng từ \(\vec{B}\) tại mọi điểm đều bằng nhau.
III. ĐƯỜNG SỨC TỪ.
1. Từ phổ.
- Hình ảnh những đường tạo ra bởi các mạt sắt trong các thí nghiệm trên được gọi là từ phổ. Từ phổ cho ta thấy hình ảnh trực quan của từ trường.
2. Đường sức từ.
- Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường sao cho tiếp tuyến với, tại mỗi điểm trùng với phương của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó. Chiều của đường sức từ là chiều của vectơ cảm ứng từ.
- Các đặc điểm của đường sức từ:
+ Tại mỗi điểm trong từ trường, chỉ có thể vẽ được một và chỉ một đường sức từ đi qua.
+ Các đường sức từ là những đường cong khép kín.
+ Nơi nào từ trường mạnh hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ dày hơn, nơi nào từ trường yếu hơn thì các đường sức từ vẽ thưa hơn.
- Quy tắc nắm bàn tay phải:
| Đối với dòng điện thẳng | Đối với dòng điện tròn | Đối với ống dây |
|---|---|---|
| Giơ ngón cái của bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón tay kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón tay là chiều của đường sức từ. | Khum bàn tay phải sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện chạy qua vòng dây thì chiều ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ. | |
|
Quy tắc nắm bàn tay phải đối với dòng điện thẳng
|
Quy tắc nắm bàn tay phải đối với dòng điện tròn
|
Quy tắc nắm bàn tay phải đối với ống dây
|
| \(B = {2.10^{ - 7}}\frac{I}{r}\) | \(B = 2.\pi {.10^{ - 7}}.N\frac{I}{R}\) | \(B = 4.\pi {.10^{ - 7}}.\frac{N}{l}I\) |
I. THÍ NGHIỆM VỀ LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN.
a. Chuẩn bị: Thiết bị thí nghiệm gồm:
- Hộp gỗ có gắn các thiết bị dưới đây:
+ Nam châm điện có gắn hai tấm thép (1).
+ Đòn cân (2) có gắn gia trọng (3) và khớp nối với khung dây dẫn (4).
+ Hai ampe kế có giới hạn đo 2 A (5), (6).
+ Hai biến trở xoay 100 Ω - 2 A (7).
+ Hai công tắc dùng để đảo chiều dòng điện qua nam châm điện và khung dây (8), (9).
- Khung dây n = 200 vòng có chiều dài một cạnh l = 10 cm (10).
- Lực kế có giới hạn đo 0,5 N (11).
- Đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện (12).
- Nguồn điện một chiều, điện áp 12 V (13) và các dây nối.
b. Tiến hành:
- Nối hai cực của nguồn điện DC với hai chốt cắm trên hộp gỗ. Cắm khung dây vào khớp nối trên đòn cân, sao cho cạnh dưới của khung dây nằm trong từ trường của nam châm.
- Đóng công tắc điện.
c. Thực hiện các yêu cầu sau:
1. Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra với khung dây.
2. Quan sát đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện, các cực của nguồn điện nối với khung dây, chiều chuyển động của khung dây; từ đó xác định chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm điện, chiều dòng điện và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện I trong từ trường.
3. Dự đoán hiện tượng xảy ra nếu đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện hoặc khung dây.
4. Đề xuất cách xác định chiều của lực từ.
Từ kết quả thí nghiệm cho thấy:
- Khi cho dòng điện có cường độ I chạy qua đoạn dây dẫn đặt trong từ trường thì xuất hiện lực từ \(\vec {F}\) tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện.
- Lực từ \(\vec{F}\) có phương vuông góc với đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường và vuông góc với đường sức từ.
- Chiều của lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho véc tơ cảm ứng từ \(\vec{B}\) hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, thì ngón tay cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực từ \(\vec {F}\) tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện.
- Vector lực từ \(\vec{F}\) có:
+ Điểm đặt: là tại trung điểm của đoạn dây.
+ Phương: vừa vuông góc với đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường và vừa vuông góc với đường sức từ.
+ Chiều: được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.
+ Độ lớn: F = BIL.sin(α)
II. ĐỘ LỚN CẢM ỨNG TỪ.
1. Biểu thức.
- Độ lớn của cảm ứng từ của từ trường tại một vị trí là:
\(B = \frac{F}{ILsin(\alpha)}\)
- Định luật Ampere về lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều.
\(F=BIL.sin(\alpha)\)
trong đó:
B là cảm ứng từ, đơn vị Tesla (T)
I là cường độ dòng điện, đơn vị Ampe (A)
L là chiều dài đoạn dây mang dòng điện đặt trong từ trường, đơn vị mét (m)
α là góc hợp bởi đoạn dây mang dòng điện và véc tơ cảm ứng từ, đơn vị độ (0) hoặc radian (rad)
2. Đơn vị.
- Trong hệ SI, đơn vị của cảm ứng từ là tesla (T)
\(1T = \frac{1N}{1A.1m}\)
- Hơn thế nữa, do F=ma nên ta có:
\(1N = 1kg\frac{m}{s^2}\)
Do đó ta còn có:
\(1T = 1\frac{kg}{A.s^2}\)
- Vector cảm ứng từ \(\vec{B}\) có:
+ Điểm đặt: là tại điểm đang.
+ Phương: trùng với phương của nam châm thử đặt tại điểm đang xét.
+ Chiều: từ cực Nam sang cực Bắc của nam châm thử đặt tại điểm đang xét.
+ Độ lớn: \(B = \frac{F}{ILsin(\alpha)}\)
III. THỰC HÀNH ĐO ĐỘ LỚN CẢM ỨNG TỪ.
1. Mục đích thí nghiệm.
- Xác định độ lớn cảm ứng từ của từ trường đều.
2. Dụng cụ thí nghiệm.
- Dụng cụ như hình 15.1
3. Thiết kế phương án thí nghiệm.
4. Tiến hành thí nghiệm.
- Treo khung dây vào đầu dòn cân.
- Điều chỉnh khung dây vuông góc với vector cảm ứng từ của nam châm điện (α=900)
- Điều chỉnh gia trọng và dây căng lực kế để lực kế đo được lực từ.
- Bật công tắc nguồn điện. Điều chỉnh cường độ dòng điện qua nam châm điện ở mức ban đầu 0,1A. Xác định giá trị của lực từ F qua lực kế.
- Thay đổi giá trị cường độ dòng điện qua khung dây mỗi lần ătng 0,1A. Đọc giá trị cường độ dòng điện I qua khung dây và xác định giá trị lực từ F qua lực kế, ghi kết quả vào bảng.
- Đánh dầu các điểm thực nghiệm lên hệ trục toạ độ và vẽ đường thẳng đi gần nhầt các điểm thực nghiệm.
5. Kết quả thí nghiệm.
Kết quả thí nghiệm đo cảm ứng từ của nam châm điện. Trường hợp α=900, chiều dài dây dẫn L=20m.
| Lần thí nghiệm | I(A) | F(N) | \(\frac{F}{IL}\) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,1 | 0,02 | 0,010 |
| 2 | 0,2 | 0,05 | 0,013 |
| 3 | 0,3 | 0,07 | 0,012 |
| 4 | 0,5 | 0,09 | 0,011 |
I. TỪ THÔNG.
- Từ thông Φ là thông lượng vật chất từ gửi qua diện tích S và được xác định bởi:
\(\Phi = BScos\alpha\)
trong đó: Φ là từ thông, đơn vị Vêbe (Wb)
B là độ lớn cảm ứng từ, đơn vị Tesla (T)
S là diện tích vòng dây, đơn vị mét vuông (m2)
α là góc hợp bởi vector cảm ứng từ \(\vec{B}\) và vector pháp tuyến \(\vec{n}\)
\(1Wb = 1T.1m^2\)
- Khi \(\vec{B}\) vuông góc với mặt phẳng vòng dây, α= 00 thì ΦMax = NBS
- Khi 0 < α < 900 thì Φ > 0
- Khi \(\vec{B}\) song song với mặt phẳng vòng dây, α= 900 thì Φ = 0
- Khi 90 < α < 1800 thì Φ < 0
II. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ.
- Khi từ thông qua cuộn dây dẫn kín biến thiên thì trong cuộn dây dẫn đó xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Hiện tượng này chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua cuộn dây dẫn kín biến thiên.
III. CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG. ĐỊNH LUẬT LENZ.
- Khi dịch chuyển cực Bắc của nam châm lại gần hoặc ra xa cuộn dây dẫn nối với điện kế thì chiều dòng điện cảm ứng qua cuộn dây được mô tả như trong Hình 16.8.
- Từ thí nghiệm, ta có nhận xét rằng khi nam châm lại gần cuộn dây (\(\vec{B_c}\) và \(\vec{B_o}\) ngược chiều. Hình 16.8a) thì từ trường của dòng điện cảm ứng trong cuộn dây có xu hướng ngăn cản nam châm lại gần nó; còn khi nam châm ra xa cuộn dây (\(\vec{B_c}\) và \(\vec{B_o}\) cùng chiều - Hình 16.8b thì từ trường của dòng điện cảm ứng lại có xu hướng ngăn cản nam châm ra xa nó.
- Nhận xét trên về chiều của dòng điện cảm ứng có thể phát biểu khái quát: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lai sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín đó. Phát biểu này là nội dung định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng.
IV. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG. ĐỊNH LUẬT FARADAY.
- Định luật Faraday: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.
\(\left| {{{\rm{e}}_{\rm{c}}}} \right| = {\rm{k}}\left| {\frac{{{\rm{\Delta \Phi }}}}{{{\rm{\Delta t}}}}} \right|\)
Trong hệ SI, hệ số tỉ lệ k=1
- Trường hợp trong mạch điện là một khung dây có N vòng dây thì:
\( {{{\rm{e}}_{\rm{c}}}} = - N {\frac{{{\rm{\Delta \Phi }}}}{{{\rm{\Delta t}}}}} \)
trong đó Φ là từ thông qua 1 vòng dây.
I. NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU.
- Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Xét khung dây MNPQ gồm N vòng dây, mỗi vòng có diện tích S, quy đều với tốc độ góc ω quanh trục OO' vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ \(\vec{B}\)
- Trong khung dây xuất hiện suất điện động biến đổi theo thời gian
\(e = E_0\cos( \omega t+\varphi_0)\)
trong đó: \({E_0} = NBS\omega = N\Phi_0\omega \) là suất điện động cực đại của khung dây.
- Suất điện động biến đổi theo thời gian theo định luật dạng cosin trong biểu thức thường gọi là suất điện động xoay chiều. Tần số và chu kì của dòng điện xoay chiều được xác định bởi:
\(T = \frac{2\pi}{\omega}\)
\(f = \frac{\omega}{2\pi}\)
- Khi nối hai đầu khung dây dẫn MNPQ nói trên tạo thành mạch kín, thì trong khung dây dẫn xuất hiện dòng điện biến thiên theo thời gian với tần số bằng tần số của suất diện động xoay chiều. Dòng điện này gọi là dòng điện xoay chiều.
II. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU.
1. Biểu thức dòng điện xoay chiều.
- Nối hai cực của máy phát điện xoay chiều với đoạn mạch tiêu thụ điện thì giữa hai đầu đoạn mạch có một hiệu điện thế biến thiên theo thời gian theo quy luật dạng cosin (hoặc sin) gọi là hiệu điện thế xoay chiều hay điện áp xoay chiều.
\(u = {U_0}\cos \left( {\omega t + {\varphi _u}} \right)\)
- Khi đó, dòng điện chạy qua mạch điện tiêu thụ là dòng điện xoay chiều có dạng:
\(i = {I_0}\cos \left( {\omega t + {\varphi _i}} \right)\)
- Trong các biểu thức:
+ u và i: lần lượt là giá trị điện áp và cường độ dòng điện tại thời điểm t, gọi là giá trị tức thời của điện áp và cường độ của dòng điện xoay chiều;
+ U0 và I0: là giá trị cực đại của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều.
+ ω: gọi là tần số góc của dòng điện xoay chiều;
+ φu và φi: lần lượt là pha ban đầu của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều.
+ ωt + φu và ωt + φi: gọi là pha của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều.
+ Δφ = φu - φi gọi là độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều.
• Nếu Δφ > 0 thì điện áp sớm pha so với cường độ dòng điện.
• Nếu Δφ < 0 thì điện áp muộn (trễ) pha so với cường độ dòng điện.
• Nếu Δφ = 0 thì điện áp đồng pha với cường độ dòng điện.
2. Giá trị hiệu dụng.
- Cho dòng điện xoay chiều có cường độ \(i = {I_0}\cos \left( {\omega t + {\varphi _i}} \right)\) chạy qua đoạn mạch chỉ có điện trở R, nhiệt lượng toả ra trong thời gian t là Q.
- Cho dòng điện không đổi có cường độ I chạy qua đoạn mạch chỉ có điện trở R như trên và cùng thời gian t nhu trên sao cho nhiệt lượng toả ra cũng bằng Q.
- Người ta đã thiết lập được mối liên hệ giữa giá trị hiệu dụng I và giá trị cực đại I0 của cường độ dòng điện xoay chiều:
\(I=\frac{I_0}{\sqrt{2}}\)
- Đại lượng I gọi là giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều hay cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.
III. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU.
1. Cấu tạo.
Có hai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng. Một trong hai bộ phận chính được đặt cố định, gọi stato, phần còn lại quay quanh một trục, gọi là rôto.
- Phần cảm là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu dùng để tạo ra từ trường.
- Phần ứng là các cuộn dây dẫn, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động.
2. Nguyên tắc hoạt động.
- Máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa trên nguyền tắc cảm ứng điện từ, chuyển hoá cơ năng thành điện năng.
- Các máy phát điện xoay chiều một pha có thể hoạt động theo hai cách.
| Cách thứ nhất: Phần ứng quay, phần cảm cố định. | Cách thứ hai: Phần cảm quay, phần ứng cố định. |
|---|---|
|
|
IV. ỨNG DỤNG VÀ QUY TẮC AN TOÀN KHI SỬ DỤNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU.
1. Ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong cuộc sống.
- Dòng điện xoay chiều còn được sử dụng để truyền tải điện năng đi xa, dẫn điện đến hầu hết các nhà máy, xí nghiệp sản xuất có sử dụng dòng điện xoay chiều.
- Dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống là nhờ vào các tác dụng nhiệt, tác dụng từ, tác dụng phát sáng và tác dụng sinh lí của nó.
- Thông qua việc sử dụng các thiết bị như quạt điện, động cơ điện, đèn điện,... con người đã chuyển hoá năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác nhằm đáp ứng các nhu cầu sống, sinh hoạt, lao động, sản xuất,... của con người.
- Trong y học dòng điện xoay chiều được sử dụng để vận hành các thiết bị y tế bao gồm: máy chuẩn đoán hình ảnh (như máy chụp cộng hưởng từ, máy siêu âm, máy chụp X - quang) hoặc các máy hỗ trợ điều trị bệnh nhân (như máy sốc điện, máy điện tim),...
2. Quy tắc an toàn khi sử dụng dòng điện xoay chiều.
- Tuân thủ theo các biển báo an toàn điện.
- Tuyệt đối không chạm tay vào chỗ hở của đường dây điện hay cầm vật trực tiếp bằng kim loại cắm vào ổ điện.
- Tránh tiếp xúc với những khu vực có điện thế nguy hiểm.
- Tránh lại gần những khu vực có điệ nguy hiểm.
- Kiểm tra, bảo trì các thiết bị điện định kì theo đúng hướng dẫn.
- Ngắt nguồn điện khi có thiên tai, sấm, sét.
I. MÁY BIẾN ÁP.
- Cấu tạo: Máy biến áp gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên một lõi kín. Lõi thường làm bằng các lá sắt hoặc thép có pha silicon, ghép cách điện với nhau để giảm hao phí điện năng do dòng điện Foucault. Một trong hai cuộn dây của máy biến áp được nối với nguồn điện xoay chiều, gọi là cuộn sơ cấp. Cuộn thứ hai được nới với tải tiêu thụ, gọi là cuộn thứ cấp.
- Nguyên tắc hoạt động: Máy biến áp Hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều thay đổi theo thời gian.
- Công thức:
\(\frac{U_2}{U_1}=\frac{N_2}{N_1}\)
- Với máy biến áp lí tưởng (bỏ qua hoa phí):
\(\frac{U_2}{U_1}=\frac{N_2}{N_1}=\frac{I_1}{I_2}\)
trong đó: U1, và U2 lần lượt là điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp.
N1, và N2 lần lượt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Nếu N2 > N1 ⇒ U2 > U1: Máy tăng áp
Nếu N2 < N1 ⇒ U2 < U1: Máy hạ áp
II. ĐÀN GHI TA ĐIỆN.
- Đàn ghita có cấu tạo gồm thân đàn đặc, không có hộp cộng hưởng, bên dưới sáu dây đàn có sáu cuộn dây cảm ứng gắn vào đàn.
- Vì dây đàn bằng thép nên đoạn dây đàn nằm sát ngay ên trên nam châm của cuộn dây cảm ứng được từ hóa, nghĩa là nó trở thành một nam châm có cực từ.
- Dòng điện cảm ứng được đưa đến máy tăng âm rồi đến loa làm ta nghe được âm do dây đàn phát ra.
* Dòng điện Foucault: Foucault là dòng điện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật dẫn chuyển động trong từ trường hay được đặt trong từ trường biến thiên theo thời gian.
- Dòng điện Foucault có nhiều ứng dụng trong thực tế như:
| Luyện kim | Bếp từ | Đồng hồ đo điện | Phanh điện từ |
|---|---|---|---|
|
|
 |
|
I. LIÊN HỆ GIỮA ĐIỆN TRƯỜNG BIẾN THIÊN VÀ TỪ TRƯỜNG BIẾN THIÊN.
1. Từ trường biến thiên và điện trường xoáy.
Trong vùng không gian có từ trường biến thiên theo thời gian thì trong vùng đó xuất hiện một điện trường xoáy.
2. Điện trường biến thiên và từ trường.
- Trong vùng không gian có điện trường biến thiên theo thời gian thì trong vùng đó xuất hiện một từ trường biến thiên theo thời gian.
3. Điện từ trường.
- Trong vùng không gian có từ trường biến thiên theo thời gian thì trong vùng đó xuất hiện một điện trường biến thiên; ngược lại, điện trường biến thiên theo thời gian cũng sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh. Do đó, điện trường biến thiên và từ trường biến thiên theo thời gian chuyển hoá lẫn nhau và cùng tồn tại trong không gian, được gọi là điện từ trường.
- Sự biến thiên của điện trường và từ trường bao gồm sự thay đổi về chiều và độ lớn. Tuuy nhiên tại mỗi điểm trong không gian, vector cảm ứng từ \(\vec{B}\) luôn vuông góc với vector cường độ điện trường \(\vec{E}\).
II. MÔ HÌNH SÓNG ĐIỆN TỪ.
1. Sự tạo thành sóng điện từ.
Tại một nơi có điện trường \(\vec{E_1}\) biến thiên sã sinh ra từ trường \(\vec{B_1}\). Từ trường \(\vec{B_1}\) biến thiên sinh ra điện trường \(\vec{E_2}\), tiếp tục sinh ra \(\vec{B_2}\).... Cứ thế điện từ trường làn truyền trong không gian. Quá trình lan truyền của điện từ trường trong không gian gọi là sóng điện từ.
2. Sự lan truyền sóng điện từ.
- Sóng điện từ tuân theo các quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ.
- Trong quá trình lan truyền sóng điện từ mang theo năng lượng.
- Sóng điện từ lan truyền được trong chân không và trong các điện môi. Tốc độ của sóng điện từ trong chân không bằng tốc độ ánh sáng c=3.108m/s. Tốc độ của sóng điện từ trong điện môi nhỏ hơn trong chân không và phụ thuộc vào hằng số điện môi.
\(v=\frac{c}{\epsilon}\)
- Bước sóng trong điện môi:
\(\lambda=vT=\frac{v}{f}\)
- Bước sóng điện từ trong chân không:
\(\lambda=cT=\frac{c}{f}\)
- Tại một điểm, vectơ cường độ điện trường \(\vec{E}\) và vectơ cảm ứng từ \(\vec{B}\) luôn dao động cùng pha, vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng điện từ. Do đó, sóng điện từ là sóng ngang.
- Chiều \(\vec{E}\), \(\vec{B}\), \(\vec{c}\) tuân theo quy tắc vặn đinh ốc hoặc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho \(\vec{B}\) xuyên qua lòng bàn tay, \(\vec{E}\) là chiều 4 ngón tay, chiều ngón cái choải ra là chiều truyền vận tốc \(\vec{c}\).
I. MỘT SỐ LƯU Ý TRONG VIỆC GIẢI BÀI TẬP VỀ TỪ TRƯỜNG.
1. Lưu ý khi giải bài tập định tính.
Các dạng bài tập về:
+ Mô tả từ trường.
+ Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện.
+ Cảm ứng điện từ.
+ Dòng điện coay chiều.
+ Sóng điện từ.
2. Lưu ý khi giải bài tập định lượng.
- Vận dụng các công thức:
+ Từ trường quanh dây dẫn thẳng mang dòng điện: \(B = {2.10^{ - 7}}\frac{I}{r}\)
+ Từ trường tại tâm vòng dây dẫn tròn mang dòng điện: \(B = 2.\pi {.10^{ - 7}}.N\frac{I}{R}\)
+ Từ trường trong lòng ống dây dẫn mang dòng điện: \(B = 4.\pi {.10^{ - 7}}.\frac{N}{l}I\)
+ Lực từ: F = BIL.sin(α)
+ Từ thông: \(\Phi = BScos\alpha\)
+ Suất điện động cảm ứng: \( {{{\rm{e}}_{\rm{c}}}} = - N {\frac{{{\rm{\Delta \Phi }}}}{{{\rm{\Delta t}}}}} \)
- Xác định chiều và mô tả chi tiết được các đại lượng
- Ứng dụng vào cuộc sống.
3. Lưu ý khi giải bài tập thí nghiệm và bài tập đồ thị.
Vận dụng các kiến thức và kĩ năng tiến hành, thu thập kết quả, xử lí số liệu, phân tích đồ thị. Lưu ý chọn trục tọa độ và đơn vị phù hợp.
II. BÀI TẬP VÍ DỤ.
Bài 1: Đưa một nam châm lại gần vòng dây như hình. Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong vòng dây và cho biết vòng dây sẽ chuyển động về phía nào.
Bài 2: Một dây dẫn có chiều dài 10cm được đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B=5.10-2T. Cho dòng điện có cường độ 10A chạy qua dây dẫn.
a. Xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn khi dây dẫn đặt vuông góc với cảm ứng từ B.
b. Khi lực từ tác dụng lên dây có độ lớn bằng 0,043N, xác định góc giữa cảm ứng từ \(\vec{B})\ và chiều dòng điện.
Bài 3: Một khung dây dẫn phẳng có diện tích S=20cm2, có N=100 vòng dây nhu hình, quay đều với tốc độ 50 vòng/ giây quanh một trục vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có cảm ứng từ B= 0,1T. Chọn gốc thời gian là lúc vector pháp tuyến \(\vec{n}\) của khung dây cùng chiều với vector cảm ứng từ \(\vec{B}\) và chiều dương là chiều quay của khung dây.
a. Viết biểu thức xác định từ thông qua khung dây.
b. Viết biểu thức xác định xuất điện động xuất hiện trong khung dây.
III. BÀI TẬP VẬN DỤNG.
Bài 1: Đặt khung dây dẫn hình chữ nhật có dòng điện chạy qua trong từ trường, sao cho mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường cảm ứng từ thì lực từ sẽ:
A. làm giãn khung
B. làm khung dây quay
C. làm nén khung
D. không tác dụng lên khung
Bài 2: Đặt một thanh nam châm thẳng ở gần một khung dây kín ABCD như hình. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây khi đưa nam châm ại gần khung dây.
Bài 3: Một vòng dây phẳng giới hạn diện tích S=40cm2 đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B=0,1T. Mặt phẳng vòng dây hợp với cảm ứng từ \(\vec{B}\) một góc \(\alpha = 30^0\). Tính từ thông qua S.
Bài 4: