Picture of the author
Picture of the author
SGK Vật Lý 11»Từ Trường»Bài 21: Từ Trường Của Dòng Điện Chạy Tro...

Bài 21: Từ Trường Của Dòng Điện Chạy Trong Các Dây Dẫn Có Hình Dạng Đặc Biệt

Lý thuyết Từ Trường Của Dòng Điện Chạy Trong Các Dây Dẫn Có Hình Dạng Đặc Biệt Vật Lý 11 bộ sách giáo khoa. Nay chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu lý thuyết và bài tập minh họa một cách đầy đủ, dễ hiểu.

Xem thêm

A. Kiến thức về từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt

I. Từ trường của dòng điện thẳng

1. Dạng của đường sức từ.

Trong mặt phẳng vuông góc với dòng điện, đường sức từ là những đường tròn đồng tâm, tâm là giao điểm của mặt phẳng và dây dẫn.

2. Chiều của đường sức từ được xác định bởi  quy tắc nắm tay phải:  

“Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo chiều dòng điện, chiều khum của bốn ngón kia là chiều của đường sức từ”.

bai-21-tu-truong-cua-dong-dien-chay-trong-cac-day-dan-co-hinh-dang-dac-biet-1

3. Công thức tính cảm ứng từ.

Tại điểm M trong không khí cách dây dẫn một khoảng r, cảm ứng từ tính bằng công thức:

B = 2.10-7 

II. Từ trường của dòng điện tròn

1. Dạng của đường sức từ:

Đường sức từ của dòng điện tròn là những đường cong. Tại tâm O là một đường thẳng vuông góc mặt phẳng chứa vòng dây.

2. Chiều của đường sức từ được xác định theo quy tắc nắm tay phải:

“Khum bàn tay phải theo vòng dây của khung sao cho chiều khum trùng với chiều dòng điện trong khung; ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ xuyên qua mặt phẳng vòng dây”.

bai-21-tu-truong-cua-dong-dien-chay-trong-cac-day-dan-co-hinh-dang-dac-biet-2

3. Công thức tính cảm ứng từ:

Tại tâm O của một khung dây dẫn tròn gồm N vòng đặt trong không khí, cảm ứng từ tính bằng công thức:


(với R là bán kính khung dây tròn)

III. Từ trường của dòng điện trong ống dây dài

(chiều dài ống dây lớn hơn nhiều so với đường kính tiết diện)

1. Dạng của đường sức từ.

Đường sức từ bên ngoài ống dây giống đường sức từ một thanh nam châm thẳng. Bên trong ống dây là từ trường đều.

 bai-21-tu-truong-cua-dong-dien-chay-trong-cac-day-dan-co-hinh-dang-dac-biet-3

2. Chiều đường sức từ:

 Được xác định bởi “quy tắc nắm bàn tay phải” hoặc theo chiều vào cực Nam, ra cực Bắc của ống dây (giống như thanh nam châm thẳng).

3. Công thức tính cảm ứng từ. Cảm ứng từ bên trong ống dây đặt trong không khí được tính bằng công thức:

 B = 4π10-7n.I

Với n là số vòng dây trên 1 mét chiều dài của ống.

( 𝓁 ; N là số vòng dây, l  là chiều dài ống dây)

B. Bài tập luyện tập từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt của trường Nguyễn Khuyến

Bài 1. Dòng điện thẳng có cường độ I = 0,5 A đặt trong không khí.

  1. Tính cảm ứng từ tại M cách dòng điện 4 cm.
  2. Cảm ứng từ tại N bằng B’ = 10-8 T. Tính khoảng cách từ N đến dòng điện.

Bài 2. Dòng điện thẳng có cường độ I đặt trong không khí, gây ra tại M cách dòng điện 4 cm một cảm ứng từ B = 10-8 T. Xác định cảm ứng từ tại điểm N cách dòng điện 8 cm.

Bài 3. Dùng một dây dẫn uốn thành hình tròn và cho dòng điện có cường độ I = 10 A chạy qua vòng dây, cảm ứng từ do dòng điện gây ra tại tâm của vòng tròn có giá trị là 4π.10-5 T. Hãy xác định bán kính của vòng dây.

Bài 4. Cuộn dây tròn bán kính R = 5 cm gồm 40 vòng dây quấn nối tiếp với nhau, đặt trong không khí có dòng điện I chạy qua mỗi vòng dây.

  1. Từ trường ở tâm O vòng dây là B = 5π.10-4 T. Tính I.
  2. Nếu dòng điện qua dây tăng lên gấp đôi, bán kính vòng dây giảm đi một nửa thì cảm ứng từ tại tâm O có giá trị là bao nhiêu?

Bài 5. Một khung dây tròn bán kính R = 5 cm đặt trong không khí. Khung có 12 vòng dây. Tìm cảm ứng từ tại tâm của khung, biết trong mỗi vòng dây có dòng điện I = 0,5 A chạy qua.

Bài 6. Một ống dây dài, chiều dài 10 cm gồm 2000 vòng dây quấn đều theo chiều dài ống, ống dây không có lõi sắt và đặt trong không khí. Cường độ dòng điện qua dây quấn quanh ống là I = 2 A. Tìm cảm ứng từ trong ống dây.

Bài 7. Một ống dây dài 50 cm, cường độ dòng điện chạy qua mỗi vòng dây là 2 A. Cảm ứng từ bên trong ống dây là B = 8π.10-4 T. Hãy xác định số vòng dây của ống dây.

Bài 8. Một ống dây hình trụ có chiều dài 1,5 m, gồm 4500 vòng dây đặt trong không khí.

  1. Xác định cảm ứng từ trong lòng ống dây khi cho dòng điện I = 5A chạy trong ống dây ?
  2. Nếu từ trường trong ống dây có cảm ứng từ B = 0,03 T thì I bằng bao nhiêu?

Bài 9. Một sợi dây đồng có bán kính 0,5 mm. Dùng sợi dây này để quấn một ống dây dài  20 cm. Biết các vòng dây quấn sát nhau. Cho dòng điện có cường độ 5 A chạy qua ống dấy. Hãy xác định cảm ứng từ bên trong ống dây.

Bài 10. Hai dây dẫn dài song song với nhau, nằm cố định trong cùng một mặt phẳng, cách nhau d = 16 cm trong không khí. Dòng điện trong hai dây I1 = I2 = 10 A. Tính cảm ứng từ tại những điểm nằm trong mặt phẳng trên và cách đều hai dây dẫn trong hai trường hợp:

  1. Dòng điện trong hai dây cùng chiều.
  2. Dòng điện trong hai dây ngược chiều.
ĐÁP ÁN

Bài 1. I = 0,5 A

a. Cảm ứng từ tại M cách dòng điện 4 cm:

Ta có:

b. Khoảng cách từ N đến dòng điện:

Ta có:

Bài 2.

Ta có:  

Bài 3.

I = 10 A, B = T.  

Bán kính của vòng dây:      


Bài 4.

a. Tính I.

Từ trường tại tâm vòng dây:


b. Tính cảm ứng từ tại tâm O.


Cảm ứng từ tại tâm vòng dây


Bài 5.      

  • R = 5 cm = 5.10-2 m
  • N = 12 vòng
  • I = 0,5 A

Cảm ứng từ tại tâm khung dây tròn: 


Bài 6.

  • l = 10 cm = 0,1 m
  • N = 2000 vòng
  • I = 2 A

Cảm ứng từ trong lòng ống dây: 


Bài 7.

  • l = 50 cm = 0,5 m
  • I = 2 A
  • B =  

Xác định số vòng dây N.

Cảm ứng từ trong lòng ống dây:

vòng

Bài 8.

  • l = 1,5 m
  • N = 4500 vòng

a. Cảm ứng từ trong lòng ống dây khi cho dòng điện I = 5A chạy trong ống dây.

Ta có:

b. Từ trường trong ống dây có cảm ứng từ B = 0,03 T

Tính I.

Cảm ứng từ trong lòng ống dây: 


Bài 9.

Đường kính sợi dây đồng: d = 2R =  0,5.2 = 1 mm = 10-3 m

l = 20 cm = 0,2 m

I = 5 A

Đường kính sợi dây đồng chính là bề dày một vòng quấn.

Để quấn hết chiều dài l của ống dây cần N vòng quấn nên N.d = l

(Mật độ vòng dây: n = )

Cảm ứng từ trong ống dây: 


Bài 10.

  • d = 16 cm
  • I1 = I2 = 10 A

Tính cảm ứng từ tại những điểm nằm trong mặt phẳng chứa hai dây và cách đều hai dây.

Gọi M là điểm nằm trong mặt phẳng chứa hai dây và cách đều hai dây.

a. Hai dòng điện cùng chiều.

Gọi lần lượt là cảm ứng từ lần lượt do I1 và I2 gây ra tại M. Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải xác định chiều như hình vẽ.

bai-21-tu-truong-cua-dong-dien-chay-trong-cac-day-dan-co-hinh-dang-dac-biet-7


Ta có:

 

b. Hai dòng điện ngược chiều

Gọi lần lượt là cảm ứng từ lần lượt do I1 và I2 gây ra tại M. Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải xác định chiều như hình vẽ.   

bai-21-tu-truong-cua-dong-dien-chay-trong-cac-day-dan-co-hinh-dang-dac-biet-8


Ta có:



Giáo viên Biên Soạn: Ngô Thành

Đơn vị: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến

Tác giả: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến - Tổ Vật Lý

Bài 20: Lực Từ – Cảm Ứng Từ
Bài 22: Lực Lorenxơ