Khi nghiên cứu và tìm hiểu về nam châm, thật thiếu sót nếu chúng ta không nhắc đến các khái niệm từ trường, cảm ứng từ hay từ trường đều. Đây cũng là một trong những kiến thức quan trọng trong chương trình học Vật lý 11 mà các em học sinh THPT cần nắm vững.
Vậy để hiểu rõ hơn từ trường là gì? Trường hợp nào không tồn tại từ trường? Tính chất cơ bản của từ trường là gì, Manta.edu.vn xin mời bạn đọc cùng tìm hiểu những vấn đề này qua bài viết dưới đây.
Từ trường là gì?
Từ trường là môi trường vật chất bao quanh các hạt mang điện chuyển động như nam châm, dòng điện,… Từ trường gây ra lực từ tác dụng lên các vật nhiễm từ đặt trong chúng.
Bản chất của từ trường là xung quanh các điện tích chuyển động đều có từ trường.
Vì vậy xung quanh hạt mang điện đứng yên chỉ có điện trường, xung quanh hạt mang điện chuyển động có cả điện trường và từ trường.
Cách nhận biết từ trường
Thí nghiệm về tác dụng từ của dòng điện
Chuẩn bị:
- Một cuộn dây dẫn điện
- La bàn hoặc có thể là nam châm để kiểm tra từ tính của đường dây
- Một nguồn điện một chiều có hiệu điện thế nguồn là 5V
- biến trở
Làm thế nào để tiến hành:
Luồn cuộn dây qua một biến trở rồi mắc vào nguồn điện một chiều như hình vẽ.
Kết quả:
Khi mở công tắc điện có dòng điện chạy qua ta thấy kim la bàn bị lệch.
Kết quả này cho thấy cuộn dây tạo ra từ trường và la bàn định hướng theo từ trường của cuộn dây.
Cách nhận biết từ trường
Chúng ta không thể nhìn thấy từ trường bằng mắt thường. Vì vậy, để có thể cảm nhận được từ trường trong không gian thường sẽ sử dụng kim nam châm (nam châm thử).
Công thức tính từ trường
Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài có công thức:
Phía trong:
- B: cảm ứng từ (T)
- Tôi: cường độ dòng điện (A)
- r: khoảng cách từ dòng điện đến vị trí cần xét (m)
Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây cong theo một đường tròn
Nếu một khung dây hình tròn được tạo thành từ N vòng dây chặt, công thức sẽ là:
Phía trong:
- B: cảm ứng từ (T)
- Tôi là hiện tại (A)
- R là bán kính của dây dẫn có dòng điện (m).
- N là số vòng quay
Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn hình trụ sẽ có độ lớn bằng:
Phía trong:
- B: cảm ứng từ (T)
- Tôi là hiện tại (A)
- N là tổng số lượt
- l là chiều dài của ống dẫn (m);
- n = Nl : số vòng dây trên một đơn vị chiều dài ống chỉ
Các ứng dụng của từ trường
Cảm ứng điện từ là một hiện tượng vô cùng quan trọng trong đời sống hàng ngày, ngoài ra nó còn có vai trò to lớn trong các lĩnh vực như y tế, công nghiệp,… .
Thiết bị gia dụng
Điện từ đóng vai trò là nguyên lý hoạt động cơ bản của nhiều thiết bị gia dụng mà bạn sử dụng hàng ngày như bóng đèn, dụng cụ nhà bếp, hệ thống điều hòa, v.v.
Bếp từ
Từ trường dao động tạo ra từ thông liên tục và vật đặt trên bếp từ đóng vai trò là lõi từ của biến áp. Do đó, một dòng điện xoáy lớn (dòng điện Fuco hoặc dòng điện Foucault) được tạo ra trong vật đặt trên bếp.
huỳnh quang
Chấn lưu sử dụng trong bóng đèn hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ trường. Tại thời điểm chúng ta bật đèn sẽ tạo ra một hiệu điện thế cao ở hai đầu đèn và phóng điện qua đèn. Khi dòng điện chạy qua đèn, tạo thành các ion tác dụng lên chất huỳnh quang làm đèn phát sáng.
Quạt điện
Quạt điện cũng như các hệ thống làm mát khác đều sử dụng động cơ điện. Các động cơ này hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ và chỉ khác nhau về giá thành dựa trên ứng dụng và kích thước.
trong công nghiệp
Máy phát điện
“Trái tim” của máy phát điện đó là một cuộn dây nằm trong từ trường. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện là cuộn dây được quay trong từ trường với tốc độ không đổi và từ đó sẽ sinh ra dòng điện xoay chiều.
Tàu đệm từ
Tàu đệm từ sử dụng các nguyên tắc cơ bản của nam châm như hệ thống treo điện từ (EMS) và hệ thống treo động (EDS). Những nam châm này sẽ bao quanh các thanh ray dẫn hướng, lực hấp dẫn giữa các thanh dẫn và nam châm sẽ nâng tàu lên.
Sức khỏe
Trường điện từ đóng một vai trò rất quan trọng trong các thiết bị y tế được sử dụng để điều trị tăng thân nhiệt cho bệnh ung thư, cấy ghép và chụp cộng hưởng từ (MRI).
Một số khái niệm khác liên quan đến từ trường
Tìm hiểu khái niệm đường sức từ, cảm ứng từ và từ trường đều
Đường sức từ là gì?
Định nghĩa
Đường sức từ là những đường cong kín hoặc thẳng dài vô hạn không cắt nhau trong không gian có từ trường. Chúng thỏa mãn điều kiện là tiếp tuyến tại mỗi điểm sẽ có hướng trùng với hướng của từ trường đặt tại điểm đó.
Hình dạng của các đường sức từ có thể được quan sát bằng thí nghiệm từ phổ.
Ví dụ về đường sức từ
nam châm thẳng
Các đường sức từ bên ngoài nam châm thẳng là những đường cong có dạng đối xứng qua trục của nam châm, có hướng đi từ cực bắc vào cực nam.
nam châm hình chữ U
Đường sức từ bên ngoài nam châm hình chữ U là những đường cong có dạng đối xứng nhau qua trục của thanh nam châm, có chiều đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam.
Các đường sức từ của từ trường trong khoảng không gian giữa hai cực của một nam châm hình chữ U là những đường sức song song cách đều nhau. Từ trường trong vùng đó là từ trường đều.
Tính chất của đường sức từ
Đường sức từ là những đường cong hoặc thẳng trong không gian có từ trường sao cho tại mỗi điểm có hướng trùng với chiều của đường sức từ tại điểm đó và qua mỗi điểm chỉ vẽ được một đường sức từ.
Đường sức từ của từ trường do dòng điện chạy trong dây dẫn tạo ra có dạng là những đường tròn đồng tâm.
Cảm ứng từ là gì?
Cảm ứng điện từ là hiện tượng hình thành một suất điện động (hay còn gọi là hiệu điện thế) trên một vật dẫn khi vật dẫn đó đặt trong một từ trường biến thiên.
Năm 1831, nhà vật lý người Anh Michael Faraday đã chỉ ra rằng từ trường có thể tạo ra dòng điện thông qua thí nghiệm về từ tính thông qua một mạch kín biến thiên. Dòng điện đó gọi là dòng điện cảm ứng và hiện tượng này gọi là cảm ứng điện từ
từ trường là gì?
Từ trường đều là từ trường có các đường sức song song và cách đều nhau. Do đó, độ lớn của cảm ứng từ trong từ trường đều là như nhau tại mọi điểm.
từ trường trái đất
Có thể hiểu từ trường Trái đất là từ trường của Trái đất, xuất hiện do tính chất từ của các vật chất trong Trái đất. Từ trường Trái đất tồn tại trong lòng Trái đất đến không gian rộng lớn bao quanh Trái đất.
Bài tập liên quan đến từ trường
Hãy cùng Manta.edu.vn vận dụng những kiến thức đã học ở trên vào thực hành giải một số bài tập Vật lý về từ trường sau đây nhé.
Câu 1: Tính chất cơ bản của từ trường là gì?
-
Gây ra lực từ tác dụng lên nam châm hoặc lên dòng điện đặt trong nam châm
-
Tác dụng lực hấp dẫn lên vật đặt trong nó
-
Gây ra lực đàn hồi đối với dòng điện và nam châm đặt trong nó
-
Gây ra sự thay đổi tính chất điện của môi trường xung quanh
Đáp án : A. Gây ra lực từ tác dụng lên nam châm hoặc lên dòng điện đặt trong nó
Câu 2 : Trường hợp nào không tồn tại từ trường?
-
Xung quanh nam châm
-
Xung quanh một điện tích đứng yên
-
Xung quanh hiện tại
-
Vòng quanh trái đất
Đáp án : B. Xung quanh một điện tích đứng yên
Câu 2: Chọn phát biểu sai khi nói về điện từ trường
-
Khi từ trường biến thiên theo thời gian sẽ xuất hiện điện trường xoáy
-
Khi điện trường thay đổi theo thời gian, nó tạo ra từ trường xoáy
-
Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là những đường cong
-
Từ trường có các đường sức từ bao quanh các đường sức điện trường vô tận
Đáp án : C. Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là những đường cong
Câu 4: Xung quanh vật nào sau đây không có từ trường?
-
dòng điện không đổi
-
Dòng điện mang theo các hạt chuyển động
-
Một hạt tích điện đang đứng yên
-
Nam châm chữ U và nam châm thẳng
Đáp án: C. Một hạt mang điện đang đứng yên
Câu 5: Có hai thanh kim loại sắt có bề ngoài giống nhau. Nếu ta đặt hai thanh kim loại lại gần nhau thì chúng hút nhau. Có kết luận gì về hai vạch đó?
-
Đó là hai nam châm
-
Một là thanh sắt và một là nam châm
-
Có thể là hai thanh sắt hoặc hai cục nam châm
-
Nó có thể là một thanh nam châm và một thanh sắt, hoặc nó có thể là hai thanh nam châm
Đáp án: D. Có thể là một thanh là nam châm và một thanh sắt hoặc có thể là hai thanh nam châm
Như vậy, qua bài viết này chúng ta đã hiểu rõ hơn về từ trường là gì ngoài tính chất và ứng dụng thực tế của nó, đồng thời thực hành một số bài tập trắc nghiệm cơ bản. Hi vọng những thông tin này sẽ giúp các bạn nắm vững cũng như biết thêm nhiều kiến thức bổ ích và thành thạo trong các dạng bài tập liên quan đến học đường. Hãy thường xuyên truy cập kho tri thức để cập nhật thêm nhiều thông tin thú vị về các môn học nhé!
