NộI Dung:
Từ trường so với Lực từ
Từ tính là một thuộc tính rất quan trọng của vật chất được sử dụng trong một loạt các ứng dụng. Từ trường là cường độ từ trường do nam châm tạo ra, ngược lại lực từ là lực do hai vật có từ tính. Các khái niệm về từ trường và lực từ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như cơ học cổ điển, lý thuyết điện từ, lý thuyết trường và nhiều ứng dụng khác. Trong bài này, chúng ta sẽ thảo luận về từ trường và lực từ là gì, định nghĩa của chúng, ứng dụng của hai loại này, sự giống nhau và cuối cùng là sự khác biệt giữa từ trường và lực từ.
Từ trường
Nam châm được người Trung Quốc và người Hy Lạp phát hiện vào khoảng năm 800 trước Công nguyên. đến 600 B.C. Năm 1820, Hans Christian Oersted, một nhà vật lý người Đan Mạch đã phát hiện ra rằng một dây dẫn dòng điện làm cho kim la bàn định hướng vuông góc với dây dẫn. Đây được gọi là từ trường cảm ứng. Từ trường luôn do một điện tích chuyển động gây ra (tức là điện trường biến thiên theo thời gian). Nam châm vĩnh cửu là kết quả của các spin điện tử của các nguyên tử kết hợp với nhau để tạo ra một từ trường thuần. Để hiểu khái niệm từ trường trước hết người ta phải hiểu khái niệm đường sức từ. Đường sức từ hay đường sức từ là tập hợp các đường sức tưởng tượng được vẽ từ cực N (bắc) của nam châm đến cực S (nam) của nam châm. Theo định nghĩa, các đường thẳng này không bao giờ cắt nhau trừ khi cường độ từ trường bằng không. Cần phải lưu ý rằng đường sức từ là một khái niệm. Chúng không tồn tại trong cuộc sống thực. Đây là một mô hình thuận tiện để so sánh định tính từ trường. Từ trường là sự phân bố định lượng của các đường sức từ này. Cường độ từ trường tại một điểm nào đó tỉ lệ với mật độ đường sức từ tại điểm đó. Từ trường còn được gọi là mật độ từ thông.
Lực từ
Lực từ là lực do hai nam châm tạo ra. Một nam châm không thể tạo ra lực từ. Lực từ được tạo ra khi đặt nam châm, vật liệu từ hoặc dây dẫn dòng điện tại từ trường ngoài. Các lực do từ trường đều dễ tính toán, nhưng lực do từ trường không đều thì tương đối cứng. Lực từ được đo bằng Newton. Các lực này luôn tương hỗ.
Sự khác nhau giữa Từ trường và Lực từ là gì? • Chỉ cần một nam châm duy nhất để tạo ra từ trường. Ít nhất phải có hai nam châm để tạo ra từ trường. • Từ trường được đo bằng tesla hoặc gauss, trong khi lực từ được đo bằng newton. • Có hai loại từ trường được gọi là trường B và trường H, nhưng chỉ có một loại lực từ. |
Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt sinh ra quanh các điện tích chuyển động hoặc do sự biến thiên của điện trường hoặc có nguồn gốc từ các mômen lưỡng cực từ như nam châm. Mỗi điểm trong từ trường được miêu tả bằng toán học thông qua hướng và độ lớn tại đó; từ trường được miêu tả bằng trường vector.
Từ trường là gì?
Từ trường là môi trường vật chất bao quanh các hạt mang điện có sự chuyển động. Từ trường gây ra lực từ tác dụng lên các vật có từ tính đặt trong nó.
Một số ví dụ về từ trường trong cuộc sống dễ hiểu:
Hai nam châm hút nhau khi chúng đặt trong vùng từ trường của nhau.
Lực từ tác dụng xuyên qua không gian.
Tương tác từ giữa hai dòng điện song song cùng chiều hút nhau, ngược chiều đẩy nhau.
Nhận biết từ trường
Để phát hiện từ trường có tồn tại hay không trong cuộc sống, người ta sử dụng kim nam châm để xác định. Kim nam châm trạng thái cân bằng theo hướng N – B. Do đó, ta dễ dàng nhận biết được từ trường nhờ sử dụng dụng cụ này.
Ứng dụng từ trường
Một số vật dụng quan trọng hoạt động được nhờ tính chất của từ trường gồm có:
Máy điện quay: máy phát điện, động cơ điện và một số loại máy móc tương tự
Máy điện tĩnh: máy biến áp (biến thế) các loại, tụ điện,…
Các dụng cụ ứng dụng lực hút sắt của từ trường: nam châm điện trong các cần cẩu sắt thép, các cuộn dây rơ le, cuộn dây đóng mở các van điện từ… và một số dụng cụ tương tự
Các dụng cụ đo đạc và thăm dò tín hiệu và phát tín hiệu dùng từ trường: Phải kể đến như micrô, loa: dò và phát âm thanh, các bộ cảm biến đo độ rung, độ chấn động, còi điện, chuông báo nước,…
Các ứng dụng sử dụng lực đẩy và lực cản của từ trường với các vật chuyển động: đệm từ trường trong xe lửa cao tốc, bộ cản dịu trong các đồng hồ đo đạc…
Khi tần số của cảm ứng từ tăng lên đến mức nào đó, nó sẽ có thể phát ra ăng ten thành các sóng điện từ. Từ các sóng điện từ này, chúng ta có Radio, TV, điện thoại di động…
Ngoài ra từ trường còn được ứng dụng trong rất nhiều thiết bị Y Tế có ý nghĩa lớn.
Đường sức từ
Đường sức từ là các đường cong kín hoặc thẳng dài vô tận không cắt nhau trong không gian xung quanh nam châm và dòng điện. Đường sức từ là đường biểu diễn mật độ của từ trường, đường sức từ càng dày độ lớn của từ trường càng lớn và ngược lại.
Ta có qui ước chiều của đường sức từ theo hướng: Đi ra từ cực Bắc – Đi vào từ cực Nam của thanh Nam Châm tại một điểm bất kì nào đó.
Cảm ứng từ
Cảm ứng từ là một đại lượng vật lý đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng của lực từ. Nói một cách khác, cảm ứng từ là đại lượng diễn tả độ lớn của từ trường. Đơn vị của cảm ứng từ chính là Tesla (T).
Véc tơ cảm ứng từ có phương tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó thì có chiều hướng từ cực nam sang cực bắc của nam châm đặt lên nó.
Từ trường đều
Từ trường có điểm chung là đặc tính có đường sức từ song song, cùng chiều với nhau và có khoảng cách đều nhau. Do đó, độ lớn của cảm ứng từ trong từ trường đều là bằng nhau ở mọi điểm.
Trắc nghiệm cảm ứng từ, đường sức từ và từ trường đều
Câu 1. Trường hợp nào bên dưới sẽ không có sự xuất hiện của từ trường
A. Một thanh nam châm và một dòng điện không đổi đặt gần nhau.
B. Hai thanh nam châm đặt gần nhau
C. Một thanh nam châm và một thanh đồng đặt gân nhau
D. Một thanh nam châm và một thanh sắt non đặt gần nhau.
Đáp án chính xác C. Một thanh nam châm và một thanh đồng đặt gân nhau. Không có sự tạo ra từ trường ở các thanh kim loại.
Câu 2. Khẳng định nào sau đây là chính xác khi nói về từ trường
A. các cực cùng tên của nam châm thì đẩy và hút
B. Hai dòng điện không đổi, đặt song song cùng chiều thì hút nhau
C. các cực khác tên của nam châm thì đẩy nhau
D. nếu cực bắc của một nam châm hút một thanh sắt thì cực nam của thanh nam châm đẩy thanh sắt
Đáp án chính xác B. Hai dòng điện không đổi, đặt song song cùng chiều thì hút nhau
Câu 3: Phân biệt đường sức từ với điện trường tĩnh, chọn đáp án đúng nhất trong các câu dưới đây
A. Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức
B. các đường sức là những đường cong khép kín ( hoặc vô hạn ở hai đầu)
C. chiều của đường sức tuân theo những quy tắc xác định
D. chỗ nào từ trường ( hay điện trường) mạnh thì vẽ các đường sức mau và chỗ nào từ trường ( hay điện trường) yếu thì vẽ các đường sức thưa.
Đáp án chính xác: Các đường sức là những đường cong khép kín ( hoặc vô hạn ở hai đầu)
Câu 4: Xung quanh vật nào dưới đây không phát ra từ trường?
A. dòng điện không đổi
B. hật mang điện chuyển động
C. Hạt mang điện đứng yên
D. nam châm chữ U
Đáp án chính xác C. Hạt mang điện đứng yên
Câu 5. Hoàn thành câu sau để trở thành một khái niệm đúng. Đường sức từ có dạng là đường thẳng, song song, cùng chiều cách đều nhau xuất hiện
A. xung quanh dòng điện thẳng
B. xung quạnh một thanh nam châm thẳng
C. trong long của một nam châm chữ U
D. xung quanh một dòng điện tròn
Đáp án chính xác C. trong long của một nam châm chữ U
Trên đây là những kiến thức liên quan đến từ trường do thegioidienco.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Hy vọng rằng với những chia sẻ trên đây sẽ đem đến cho các bạn những kiến thức cần thiết nhé!
21:07:3016/11/2019
Để giải đáp câu hỏi trên, chúng ta cùng đi tìm hiểu Từ trường là gì? Đường sức từ của dòng điện có hình dạng ra sao? Cách xác định chiều của đường sức từ bằng quy tắc nắm tay phải như thế nào? qua nội dung bài viết dưới đây.
I. Nam châm
- Nam châm là một loại vật liệu có thể hút được sắt vụn.
- Mỗi nam châm có hai cực: là cực bắc và cực nam
- Giữa hai nam châm khi đặt gần nhau có tương tác với nhay thông qua lực đặt qua các cực. Lực này gọi là lực từ. Tính chất này của nam châm gọi là từ tính.
- Khi một kim nam châm nhỏ đặt cân bằng, nếu không có một nam châm khác thì hai cực của kim nam châm ấy luôn chỉ theo hướng Bắc - Nam.
II. Từ tính của dây dẫn có dòng điện
- Nam châm có thể có tác dụng lực lên dòng điện.
- Dòng điện có thế có tác dụng lực lên nam châm.
- Hai dòng điện có thể tương tác với nhau.
* Kết luận: Giữa hai dây dẫn có dòng điện (dòng điện), giữa hai nam châm, giữa một dòng điện và một nam châm đều có tương tác từ với nhau (lực từ). Hay dòng điện và nam châm có từ tính.
III. Từ trường
1. Từ trường là gì?
- Định nghĩa: Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong nó.
2. Hướng của từ trường
- Từ trường định hướng cho các nam châm nhỏ
- Quy ước: Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam - Bắc của kim nam châm nhỏ cân bằng tại điểm đó.
IV. Đường sức từ
1. Đường sức từ là gì?
- Định nghĩa: Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
2. Quy tắc nắm tay phải xác định chiều của đường sức từ
* Để xác định chiều của đường sức từ ta sử dụng quy tắc nắm tay phải:
2. Các ví dụ về đường sức từ
* Ví dụ 1: Từ trường của dòng điện thẳng rất dài như hình sau:
° Từ trường của dòng điện thẳng dài
- Là những đường tròn nằm trong những mặt phẳng vuông góc với dòng điện và có tâm nằm trên dòng điện;
- Có chiều được xác định bởi quy tắc nắm tay phải.
* Từ trường của dòng điện tròn
- Đường sức từ có chiều cùng đi vào một mặt và đi ra mặt kia của một dòng điện tròn ấy.
- Mặt Nam: là mặt khi nhìn vào ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ.
- Mặt Bắc: là mặt khi nhìn vào ta thấy dòng điện chạy theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.
- Chiều của đường sức từ của dòng điện tròn: Các đường sức từ có chiều đi vào mặt Nam và đi ra từ mặt Bắc của dòng điện trong ấy.
* Từ trường của một nam châm
- Đường sức từ là những đường cong đối xứng qua nam châm, có chiều đi ra từ cực Bắc đi vào từ cực Nam.
- Càng gần các cực (hai đầu) của nam châm, từ trường càng mạnh, đường sức từ càng dày (mau hơn).
* Đối với nam châm chữ U thì đường sức từ có đặc điểm
- Bên ngoài nam châm, đường sức từ là những đường cong đối xứng qua trục của thanh nam châm, có chiều đi ra từ cực Bắc, đi vào từ cực Nam.
- Càng gần đầu nam châm, đường sức từ càng dày hơn.
- Trong khoảng không gian giữa hai cực của nam châm, đường sức từ là những đường thẳng song song cách đều nhau (từ trường đều) có chiều đi ra từ cực Bắc, đi vào từ cực Nam.
3. Tính chất của đường sức từ
Qua mỗi điểm trong không gia chỉ vẽ được một đường sức từ.
Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.
Chiều của các đường sức từ tuân theo quy tắc xác định (nắm tay phải, ra Bắc vào Nam).
IV. Từ trường của trái đất (địa từ trường)
- Nghiên cứu cho thấy, Trái Đất luôn tồn tại một từ trường. Từ trường của trái đất xuất hiện do tính chất từ của vật chất Trái Đất hợp thành.
- Từ trường của Trái đất được coi như một lưỡng cực từ trường, với một cực gần cực bắc địa lí và cực kia gần cực nam địa lí. Một đường thẳng tưởng tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng 110 so với trục quay của Trái Đất.
V. Bài tập về từ trường
* Bài 1 trang 124 SGK Vật Lý 11: Phát biểu định nghĩa từ trường
° Lời giải bài 1 trang 124 SGK Vật Lý 11:
- Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự tác dụng lực từ lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong nó.
* Bài 2 trang 124 SGK Vật Lý 11: Phát biểu đinh nghĩa đường sức từ
° Lời giải bài 2 trang 124 SGK Vật Lý 11:
- Đường sức từ là những đường cong vẽ trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
* Bài 3 trang 124 SGK Vật Lý 11: So sánh những tính chất của đường sức điện và đường sức từ.
° Lời giải bài 3 trang 124 SGK Vật Lý 11:
¤ Điểm giống nhau gữa đường sức điện và đường sức từ:
- Qua mỗi điểm trong không gian có điện trường ta chỉ vẽ được một đường sức điện và cũng qua mỗi điểm trong không gian có từ trường ta chỉ vẽ được một đường sức từ.
- Quy ước: Tại chỗ nào có từ trường mạnh (hoặc điện trường mạnh) thì có đường sức vẽ màu (dày hơn), chỗ nào có từ trường yếu (hoặc điện trường yếu) thì có đường sức vẽ thưa hơn (mảnh hơn).
¤ Điểm khác nhau gữa đường sức điện và đường sức từ:
- Đường sức điện: Các đường sức điện không khép kín. Bắt đầu từ điện tích dương, kết thúc ở điện tích âm. Trường hợp chỉ có điện tích âm hoặc điện tích dương thì các đường sức từ hoặc bắt đầu hoặc kết thúc ở vô cực.
- Đường sức từ: Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.
- Chiều đường sức điện: Hướng ra từ vật nhiễm điện dương, hướng vào vật nhiễm điện âm.
- Chiều đường sức từ: Theo quy tắc vào Nam ra Bắc, quy tắc nắm tay phải.
* Bài 4 trang 124 SGK Vật Lý 11: So sánh bản chất của điện trường và từ trường
° Lời giải bài 4 trang 124 SGK Vật Lý 11:
- Điện trường tồn tại xung quanh hạt mang điện trong khi đó từ trường tồn tại xung quanh nam châm hay dòng điện (dòng các hạt mang điện chuyển động).
- Điện trường tác dụng lực điện lên hạt mang điện còn từ trường tác dụng lực từ lên nam châm hay dòng điện đặt trong nó.
* Bài 5 trang 124 SGK Vật Lý 11: Phát biểu nào dưới đây SAI? Lực từ là lực tương tác:
A. Giữa hai nam châm.
B. Giữa hai điện tích.
C. Giữa hai dòng điện.
D.Giữa một nam châm và một dòng điện.
° Lời giải bài 5 trang 124 SGK Vật Lý 11:
¤ Chọn đáp án: B.Giữa hai điện tích.
- Vì nếu hai điện tích đứng yên thì chỉ có tương tác tĩnh điện như vậy câu B sai.
* Bài 6 trang 124 SGK Vật Lý 11: Phát biểu nào dưới đây đúng? Từ trường không tương tác với:
A. Các điện tích chuyển động
B. Các điện tích đứng yên.
C. Nam châm đứng yên.
D. Nam châm chuyển động.
° Lời giải bài 6 trang 124 SGK Vật Lý 11:
¤ Chọn đáp án: B.Các điện tích đứng yên.
- Vì từ trường không tương tác với các điện tích đứng yên.
* Bài 7 trang 124 SGK Vật Lý 11: Đặt một kim nam châm nhỏ trên mặt phẳng vuông góc với một dòng điện thẳng. Khi cân bằng kim nam châm đó sẽ nằm theo hướng nào?
° Lời giải bài 7 trang 124 SGK Vật Lý 11:
* Bài 8 trang 124 SGK Vật Lý 11: Hai kim nam châm nhỏ đặt xa các dòng điện và các nam châm khác; đường nối hai trọng tâm của chúng nằm theo hướng nam - Bắc. Khi cân bằng, hướng của hai kim nam châm đó sẽ như thế nào?
° Lời giải bài 8 trang 124 SGK Vật Lý 11:
- Nếu từ trường trái đất mạnh hơn từ trường của kim nam châm thì kim nam châm chịu tác dụng của từ trường Trái Đất nên hai kim nam châm sẽ sắp xếp lần lượt theo hướng Nam – Bắc.
- Nếu từ trường của trái đất yếu hơn từ trường của kim nam châm: Hai kim nam châm sẽ xếp chồng lên nhau, cực bắc của nam châm này hút cực nam của nam châm kia.