Chương III – Từ trường · SGK KNTT · Trang 56–61 · Tương tác từ và đường sức từ
Mô tả hiện tượng giữa hai nam châm, giữa dòng điện và nam châm, giữa hai dòng điện. Phân biệt cực cùng tên đẩy nhau, khác tên hút nhau; vận dụng vào hiện tượng thực tế.
Phát biểu được khái niệm, tính chất tác dụng lực từ và cách dùng kim nam châm thử. Xác định phương, chiều của vectơ cảm ứng từ \( ec B\) từ hướng cân bằng của kim thử.
Phân biệt từ phổ và đường sức từ; nhận dạng các hình nam châm thẳng, nam châm chữ U, dòng điện thẳng và ống dây. Nêu các đặc trưng của đường sức và từ trường đều.
Dự đoán chiều đường sức khi đảo dòng điện; dùng quy tắc nắm tay phải; vẽ mũi tên và đặt nam châm thử tiếp tuyến với đường sức.
Hai nam châm có thể tương tác hút hoặc đẩy; dòng điện và nam châm có tương tác từ; hai dòng điện cũng có tương tác từ. Với hai dây dẫn thẳng dài song song, cùng chiều dòng điện thì hút nhau, ngược chiều thì đẩy nhau. Thí nghiệm Oersted chứng minh dòng điện sinh ra từ trường.
Từ trường là trường lực do nam châm hoặc dòng điện tạo ra, có thể tác dụng lực từ lên nam châm hay dòng điện đặt trong nó. Không đồng nhất từ trường với các nét vẽ trên giấy.
Tại một điểm, phương của \(\vec B\) là phương của kim thử cân bằng; chiều từ cực S đến N của kim thử. Độ lớn của B và công thức lực từ sẽ học sâu hơn ở Bài 15.
Từ trường đều có \(\vec B\) như nhau tại mọi điểm. Biểu diễn bằng các đường sức thẳng, song song, cùng chiều và cách đều trong miền khảo sát.
Từ phổ là hình ảnh mạt sắt sắp xếp trong từ trường. Đường sức từ là đường biểu diễn theo quy ước: tiếp tuyến tại mỗi điểm cho phương \(\vec B\), chiều trùng chiều \(\vec B\).
| Nguồn từ trường | Dạng đường sức từ | Chiều và lưu ý |
|---|---|---|
| Nam châm thẳng | Các đường cong khép kín | Ở ngoài N → S, ở trong S → N. |
| Nam châm chữ U | Giữa hai cực gần song song, tương đối đều | Trong khe giữa hai cực: N → S, bỏ qua hiệu ứng mép. |
| Dây dẫn thẳng mang dòng điện | Các đường tròn đồng tâm quanh dây trong mặt phẳng vuông góc | Quy tắc nắm bàn tay phải; đảo chiều dòng điện thì đảo chiều các đường sức. |
| Dòng điện tròn và ống dây | Trong lòng ống dây gần như các đường thẳng song song; bên ngoài khép vòng | Bốn ngón tay phải theo chiều dòng điện qua các vòng; ngón cái chỉ chiều \(\vec B\) trong lòng. |
Đề: Đưa cực Bắc của một thanh nam châm đến gần cực Bắc của kim nam châm treo tự do. Dự đoán hiện tượng.
Phân tích và kết luận: Hai cực cùng tên đẩy nhau. Vì kim có thể quay nên quan sát được sự đổi hướng hoặc chuyển động của kim. Giữ khoảng cách an toàn, tránh va chạm.
Đề: Thay cực Bắc bằng cực Nam của thanh nam châm, giữ nguyên vị trí kim thử.
Phân tích và kết luận: Hai cực khác tên hút nhau. Chiều lực tương tác đổi khi đảo cực. Kết luận cần có hai cực được xác định rõ.
Đề: Dây dẫn thẳng nằm gần kim nam châm tự do. Khi đóng mạch, kim lệch so với hướng ban đầu; khi đảo chiều dòng điện thì sao?
Phân tích và kết luận: Từ trường do dòng điện đảo chiều; sự lệch của kim đổi hướng trong cùng cấu hình. Hướng cân bằng tổng hợp còn chịu tác động của từ trường nền, vì vậy không mặc nhiên nói kim quay đúng 180°.
Đề: Trong một miền từ trường tại điểm M, kim thử cân bằng theo phương Đông–Tây, cực Bắc chỉ về hướng Đông. Hỏi chiều \( ec B\)?
Phân tích và kết luận: Theo quy ước, \( ec B\) cùng chiều từ cực Nam đến cực Bắc của kim thử; vì vậy tại M, \( ec B\) hướng Đông.
Đề: Một nam châm thẳng đặt nằm ngang, bên trái là cực Bắc N, bên phải là cực Nam S. Hỏi chiều đường sức ngoài nam châm phía trên?
Phân tích và kết luận: Đường sức ở ngoài đi ra từ N và đi vào S. Trên nhánh ở phía trên, đường sức đi từ vùng gần cực Bắc vòng lên trên rồi đi vào cực Nam.
Đề: Dây dẫn xuyên vuông góc mặt giấy tại O. Dòng điện có chiều từ phía sau trang giấy hướng ra phía người quan sát (kí hiệu ⊙). Xác định chiều đường sức khi nhìn vào trang giấy.
Phân tích và kết luận: Đặt ngón cái phải hướng ra khỏi trang giấy: bốn ngón tay khum ngược chiều kim đồng hồ. Đường sức là các đường tròn đồng tâm O.
Đề: Một ống dây dài có dòng điện và các đường sức trong lòng gần song song, cùng chiều, mật độ gần đồng đều. Nhận xét từ trường trong lòng ống dây.
Phân tích và kết luận: Trong vùng giữa lòng một ống dây đủ dài, từ trường có thể coi gần đều, tức \( ec B\) gần như không đổi cả phương, chiều lẫn độ lớn; gần hai đầu hiệu ứng rìa rõ hơn.
Đề: Nhìn trực diện từ đầu phải của ống dây. Dòng điện qua các vòng có chiều ngược chiều kim đồng hồ theo hướng nhìn này. Đầu phải là cực nào?
Phân tích và kết luận: Ngón tay phải khum theo chiều dòng điện thấy từ đầu phải; ngón cái chỉ về phía người quan sát, tức chiều \( ec B\) trong lòng về đầu phải. Vì đường sức ra ở cực Bắc nên đầu phải là N.
Đồ họa được dựng theo quy ước 2D để giải thích phương, chiều, không phải phép đo độ lớn từ trường. Các mũi tên tuân theo chiều đường sức tại vị trí đang minh họa.
Kim thử quay sao cho cực Bắc hướng theo vectơ cảm ứng từ tại điểm đặt.
Khi ngắt dòng điện, mô hình chỉ ẩn thành phần từ trường của dây; kim thực tế vẫn chịu ảnh hưởng từ trường Trái Đất. Kí hiệu ⊙: ra khỏi mặt phẳng, ⊗: đi vào mặt phẳng.
Quy tắc nắm tay phải: bốn ngón khum theo chiều dòng điện trên các vòng; ngón cái chỉ chiều trường trong lòng và phía cực Bắc. Từ trường chỉ gần đều ở vùng giữa lòng ống dây đủ dài.
Mỗi câu tự luyện đều có kiểm tra đáp án và lời giải. Với Bài 14, ngân hàng tập trung vào nhận xét hiện tượng, quy tắc chiều và đọc hình, không sử dụng sớm công thức lực từ của Bài 15.
8 câu ABCD (2 điểm), 4 câu Đúng/Sai bốn ý (4 điểm), 8 câu trả lời ngắn (2 điểm), 2 câu tự luận (2 điểm). Đáp án kiểm tra chỉ hiển thị sau khi nộp bài. Trả lời ngắn là số đếm phù hợp kiến thức Bài 14, không kèm đơn vị.
Kim la bàn hướng theo thành phần nằm ngang của từ trường tại nơi quan sát. Bắc từ và Bắc địa lí không hoàn toàn trùng nhau; vật chứa sắt từ hoặc dòng điện mạnh gần đó cũng có thể làm kim lệch.
Cuộn dây mang dòng điện tạo từ trường; có lõi sắt từ thích hợp sẽ giúp tạo từ trường mạnh, dùng trong rơle, cần cẩu điện từ và một số cơ cấu điều khiển.
Hình vẽ đường sức ngoài nam châm thường chỉ thấy các cung từ N đến S, nhưng toàn bộ đường sức phải khép vòng, bên trong nam châm đi từ S về N.
Từ phổ chủ yếu cho biết hình dạng và sự tập trung của từ trường. Để nhận được chiều B cần dùng kim nam châm thử và kí hiệu mũi tên theo quy ước.