Bài 15. Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

I. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN

- Khi cho dòng điện có cường độ I chạy qua đoạn dây dẫn đặt trong từ trường thì xuất hiện lực từ \(\overrightarrow{F}\) tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện.

- Lực từ \(\overrightarrow{F}\) có phương vuông góc với đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường và vuông góc với đường sức từ (Hình 15.2).

Chiều của lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\) 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 \(\overrightarrow{F}\) tác dụng lên dòng điện (Hình 15.3).

II. ĐỘ LỚN CẢM ỨNG TỪ

1. Biểu thức

Gọi góc α là góc hợp bởi dòng điện I (đoạn dây dẫn L mang dòng điện đặt trong từ trường) và đường sức từ (Hình 15.5).

Tiếp tục tiến hành thí nghiệm như mô tả ở mục 1. Trong đó, lần lượt cho L, I và góc α thay đổi, các kết quả cho thấy thương số tương ứng \(\dfrac{F}{L}\), \(\dfrac{F}{I}\) và \(\dfrac{F}{sin\alpha}\) đều là các hằng số. Nghĩa là độ lớn của lực từ F tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện tỉ lệ với chiều dài L của đoạn dây dẫn, tỉ lệ với cường độ dòng điện I chạy qua đoạn dây và tỉ lệ với sinα. Nói cách khác thì thương số \(\dfrac{F}{ILsin\alpha}\) có giá trị không đổi.

Do đó, với một nam châm nhất định có thể lấy thương số này làm đại lượng đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực. Người ta gọi thương số này là độ lớn của cảm ứng từ của từ trường tại vị trí khảo sát, kí hiệu là B.

\(B=\dfrac{F}{ILsin\alpha}\)   (15.1)

Từ công thức (15.1), ta có thể rút ra:

\(F=BILsin\alpha\)   (15.2)

Trong đó:

B là cảm ứng từ;

l là cường độ dòng điện;

L chiều dài đoạn dây mang dòng điện đặt trong từ trường;

α là góc hợp bởi đoạn dây mang dòng điện và vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\).

Công thức (15.2) là công thức của định luật Am-pe về lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều.

2. Đơn vị

Trong hệ SI, đơn vị cảm ứng từ là tesla (T).

Một tesla (1 T) là độ lớn cảm ứng từ của một từ trường đều mà khi ta đặt vào trong nó một dòng điện thẳng có cường độ 1 ampe vuông góc với các đường sức từ thì mỗi mét dài của dòng điện chịu tác dụng của một lực từ bằng 1 niutơn.

Trong công thức (15.1), F đo bằng niutơn (N), I đo bằng ampe (A) và L do bằng mét (m).

\(1T=\dfrac{1N}{1m.1A}\)

Vì 1 N = 1 kg.m.s^-2 nên 1 T = 1 N/A.m = 1 kg/A.s² = 1 kg.A^-1.s^-2.