Bài 2. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện cảm ứng từ

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

1. Phương của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện

Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đặt trong từ trường có phương vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dòng điện và đường sức từ tại điểm khảo sát.

2. Chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện

Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, ngón cái choãi ra 90 chỉ chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện (Hình 2.3).

3. Ví dụ

Lực từ tương tác giữa hai dòng điện thẳng

Bất kì dòng điện nào cũng có từ trường xung quanh nó. Nếu hai dòng điện thẳng đặt gần nhau thì từ trường của dòng điện thứ nhất tác dụng lên dòng điện thứ hai một lực từ, lực này được kí hiệu là \(\overrightarrow{F_{12}}\). Tương tự như vậy, từ trường của dòng điện thứ hai tác dụng lên dòng điện thứ nhất lực từ \(\overrightarrow{F_{21}}\) (Hình 2.5).

II. CẢM ỨNG TỪ

1. Định nghĩa

Để đặc trưng cho từ trường tại một điểm trong từ trường về mặt tác dụng lực, người ta đưa ra một đại lượng gọi là cảm ứng từ, kí hiệu \(\overrightarrow{B}\). Đó là một đại lượng vectơ:

• Có phương trùng với phương của kim nam châm nằm cân bằng tại điểm đang xét, có chiều từ cực nam sang cực bắc của kim nam châm;
• Có độ lớn là:

\(B=\dfrac{F}{Ilsin\theta}\)   (2.1)

Trong đó:

F là độ lớn của lực do từ trường tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài \(l\) mang dòng điện có cường độ I. B là độ lớn cảm ứng từ, θ là góc hợp bởi dòng điện và chiều của cảm ứng từ B.

Bảng 2.1 liệt kê một số giá trị của cảm ứng từ B.

Khi người ta nói hướng của từ trường và độ lớn của từ trường thì ta hiểu đó chính là hướng và độ lớn của cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\).

2. Đơn vị của cảm ứng từ

Đơn vị SI của cảm ứng từ là tesla, kí hiệu T.

Cảm ứng từ có độ lớn bằng 1 T khi một dây dẫn mang dòng điện 1 A đặt vuông góc với từ trường đều chịu tác dụng bởi lực 1 N trên 1 m chiều dài của nó.

Trong công thức (2.1), lực được đo bằng niutơn (N), cường độ dòng điện được đo bằng ampe (A) và chiều dài được đo bằng mét (m). 

1 T = 1 N.A^-1.m^-1

Ta đã biết

1 N = 1 kg.m.s^-2

Tesla là đơn vị dẫn xuất. Từ hai công thức trên, ta có thể viết công thức liên hệ đơn vị tesla với các đơn vị SI cơ bản.

1 T = 1 kg.A^-1.s^-2

III. CÔNG THỨC CỦA LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN

Lực từ do từ trường đều có cảm ứng từ với độ lớn B tác dụng lên dây dẫn có chiều dài \(l\) và mang dòng điện có cường độ I được xác định bằng công thức

\(F=BIlsin\theta\)   (2.2)

Trong đó, θ là góc hợp bởi dòng điện và cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\) (Hình 2.7).

Điểm đặt của lực từ là trung điểm của đoạn dây dẫn có chiều dài \(l\).

Trong công thức (2.2), B tính bằng tesla (T), I tính bằng ampe (A), \(l\) tính bằng mét (m) thì F được tính bằng niutơn (N).