Lý thuyết – phương pháp giải - Chương VII: Từ trường (Vật lý 11)

CHƯƠNG VII : TỪ TRƯỜNG A.TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Từ trường : a. Khái niệm về từ trường : Từ trường là một dạng của vật chất, tồn tại xung quanh các dòng điện và hạt mang điện chuyển động, thực hiện tương tác giữa các dòng điện. b. Tính chất cơ bản của từ trường : Khi có dòng điện hay hạt mang điện chuyển động trong từ trường, chúng sẽ chịu lực tác dụng của từ trường . 2. Nguyên tắc chồng chất từ trường : Với i = B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP : XÁC ĐỊNH CẢM ỨNG TỪ TRONG MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP ² LOẠI 1 : XÁC ĐỊNH CẢM ỨNG TỪ TỔNG HỢP PHƯƠNG PHÁP : Áp dụng sự chồng chất của từ trường : + + Dùng qui tắc hình bình hành, định lý Pythagore hoặc đa giác lực để tính . ² LOẠI 2 : CẢM ỨNG TỪ GÂY RA BỞI DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG ĐOẠN DÂY DẪN THẲNG PHƯƠNG PHÁP : Véctơ cảm ứng từ tại điểm đang xét có : - Phương : vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và điểm đang xét - Điểm đặt : tại điểm đang xét - Chiều : tuân theo qui tắc vặn đinh ốc 1 - Độ lớn : I: cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn (A), r: khoảng cách từ điểm đang xét đến dây dẫn tính bằng (m), B cảm ứng từ (T) ² LOẠI 3 : CẢM ỨNG TỪ GÂY RA BỞI DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG KHUNG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN Véctơ cảm ứng từ tại tâm O của vòng dây bán kính R có : - Phương : vuông góc với mặt phẳng vòng dây - Chiều : vào mặt Nam(S) ra mặt Bắc (N) của vòng dây - Độ lớn : I : cường độ dòng điện chạy trong vòng dây, R: bán kính vòng dây (m), nếu khung dây tạo bởi N vòng thì : N : số vòng dây F Chú ý : + Mặt Bắc của vòng dây là mặt đứng ngoài nhìn vào vòng dây, dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ. + Mặt Nam của vòng dây là mặt đứng ngoài nhìn vào vòng dây, dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ. Véctơ cảm ứng từ vào ở mặt Nam và ra ở mặt Bắc. ² LOẠI 4 : CẢM ỨNG TỪ GÂY RA BỞI DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG ỐNG DÂY DẪN HÌNH TRỤ PHƯƠNG PHÁP : Véctơ cảm ứng từ trong lòng ống dây có : - Phương : Vuông góc với mặt phẳng các vòng dây - Chiều : Vào mặt Nam(S) ra mặt Bắc(N) của ống dây - Độ lớn : Trong đó XÁC ĐỊNH LỰC TỪ TRONG MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP PHƯƠNG PHÁP : ² LOẠI 5 : LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÂY DẪN CÓ CHIỀU DÀI l MANG DÒNG ĐIỆN - Phương : vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và véctơ cảm ứng từ ø - Chiều : theo qui tắc bàn tay trái - Điểm đặt : tại trung điểm của đoạn dây dẫn - Độ lớn : Với l : chiều dài của dây dẫn (m), I : cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn, là góc hợp bởi hướng của dòng điện I và hướng của cảm ứng từ , F là lực từ tác dụng lên dây dẫn. Qui tắc bàn tay trái : “ Xoè bàn tay trái ra cho các đường cảm ứng từ đâm vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay là chiều dòng điện, thì chiều choãi ra 900 của ngón tay cái là chiều của lực từ tác dụng ” ² LOAI 6 : LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA 2 DÂY DẪN THẲNG SONG SONG MANG DÒNG ĐIỆN Lực tương tác giữa 2 dây dẫn là : - Nếu 2 dây dẫn có cùng chiều dài l thì : r : khoảng cách giữa 2 dây dẫn, l chiều dài của mỗi dây - Nếu 2 dây dẫn dài 1m thì : ² LOẠI 7 : MÔMEN CỦA LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN KHUNG DÂY MANG DÒNG ĐIỆN Mômen của lực từ tác dụng lên khung dây dẫn : M : Mômen từ (N.m) I : cường độ dòng điện chạy qua khung (A) B : cảm ứng từ của từ trường (T) S : tiết diện của khung dây (m2) : góc hợp bởi véctơ cảm ứng từ và pháp tuyến của khung dây. ² LOẠI 8 : LỰC LORENX (LORENXƠ) Lực Lorenx là lực từ tác dụng lên 1 hạt điện chuyển động trong từ trường có : - Phương : vuông góc với mặt phẳng tạo bởi và - Chiều : Theo qui tắc bàn tay trái : “ Xoè bàn tay trái ra cho các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều chuyển động của vận tốc của hạt điện, chiều của ngón tay cái choãi ra 900 là chiều của lực Lorenx nếu hạt mang điện tích (+) và chiều ngược lại nếu hạt mang điện tích (-) ” - Độ lớn : q : điện tích hạt điện ( ví dụ như hạt electron (e), hat) (c) v : vận tốc chuyển động của hạt điện (m/s) : góc hợp bởi hướng của vận tốc của hạt điện và cảm ứng từ , ( =((,)) : Lực Lorenx (N) CHƯƠNG VIII : CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Từ thông – Hiện tượng cảm ứng điện từ : a. Từ thông : Từ thông qua diện tích S được định nghĩa : Đơn vị hệ SI : : từ thông có đơn vị Vêbe (Wb), B(T), S(m2) b. Hiện tượng cảm ứng điện từ : Một mạch điện kín đặt trong từ trường sao cho từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch điện đó biến thiên thì trong mạch xuất hiện dòng điện. Dòng điện đó gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ . B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP : ² LOẠI 9 : CÁC BƯỚC CỤ THỂ ĐỂ TÌM CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG : + Xác định cho được chiều của cảm ứng từ gởi qua khung dây + Xác định xem từ thông tăng hay giảm v Nếu tăng thì chiều của ngược chiều với v Nếu giảm thì chiều của cùng chiều với + Biết được hướng của rồi thì chiều của dựa vào qui tắc đinh ốc 2, hay qui tắc mặt Nam , mặt Bắc. ² LOẠI 10 : TỪ THÔNG – SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG PHƯƠNG PHÁP : - Từ thông : =B.S cos Với - Suất điện động cảm ứng : (v), Trong đó : : từ thông lúc sau, : từ thông ban đầu, : độ biến thiên từ thông, N số vòng dây. - Dòng điện cảm ứng : (A), R: điện trở của cuộn dây, (là suất điện động cảm ứng ) ² LOẠI 11 : DÂY DẪN CÓ CHIỀU DÀI l CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG ĐỀU VỚI VẬN TỐC LÀ : Khi một đoạn dây dẫn có chiều dài l, chuyển động với vận tốc trong từ trường đều, thì trong đoạn dây dẫn xuất hiện một suất điện động cảm ứng. PHƯƠNG PHÁP : Suất điện động cảm ứng trong dây dẫn được tính : Trong đó : (têta) : là góc hợp bởi ( và ), B : cảm ứng điện từ (T) V : vận tốc chuyển động của đoạn dây (m/s) l : chiều dài dây dẫn (m), nếu thì Đoạn dây dẫn trong trường hợp này giống như nguồn điện. Chiều của dòng điện chạy trong thanh được xác định bằng qui tắc bàn tay phải : “ Đặt bàn tay sao cho các đường cảm ứng điện từ đâm vào lòng bàn tay, chiều choãi ra 900 của ngón cái là chiều chuyển động của thanh ( chiều của véctơ ), thì chiều dòng điện trong thanh là chiều từ cổ tay đến bàn tay ”. F Chú ý : Cách xác định cực âm và cực dương của ( nguồn tương đương ) dựa vào qui tắc bàn tay phải : “ Để bàn tay phải hứng các đường cảm ứng từ , ngón tay cái choãi ra theo chiều chuyển động của dây dẫn, khi đó chiều từ cổ tay đến ngón tay là chiều đi qua nguồn tương đương từ cực âm sang cực dương ” ² LOẠI 12 : SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TỰ CẢM PHƯƠNG PHÁP : - Suất điện động tự cảm được tính theo công thức : Trong đó : L : Hệ số tự cảm ( hay độ tự cảm ), đơn vị là : Henry (H) : độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch (A) : độ biến thiên thời gian trong mạch (s) ² LOẠI 13 : NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG CỦA ỐNG DÂY CÓ ĐỘ TỰ CẢM L Một ống dây có độ tự cảm L, có dòng diện I chạy qua thì sinh ra một năng lượng. Năng lượng từ trường của ống dây là : (J) Trong đó : L : độ tự cảm của ống dây (H) I : cường độ dòng điện chạy trong ống dây (A) ² LOẠI 14 : TÍNH ĐỘ TỰ CẢM L CỦA ỐNG DÂY CÓ CHIỀU DÀI LÀ l , CÓ N VÒNG DÂY CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG ĐỀU Giả thiết cho dòng điện có cường độ là I chạy trong ống dây. Khi đó từ trường bên trong lòng ống dây có cảm ứng từ là(1), trong đó N là tổng số vòng dây và l là chiều dài của ống dây. Từ đó suy ra từ thông qua ống dây là (2), S là tiết diện ngang của ống dây, góc hợp bởi véctơ cảm ứng từ và véctơ pháp tuyến Từ (1) và (2) ta có : (3). Mặt khác từ biểu thức định nghĩa độ tự cảm là (4). So sánh (3) và (4) suy ra : . Từ những dữ kiện đề bài cho, thay các giá trị vào biểu thức trên tính được L.