CHƯƠNG 2: LỰC ĐIỆN TỪ

2.1. Khái niệm chung về lực từ

Lực từ là lực tương tác của từ trường lên một hạt mang điện chuyển động hoặc một dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đó.

• Lực Ampere: Lực tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng có chiều dài $l$, dòng điện $I$ đặt trong từ trường đều $\vec{B}$.

  • Công thức: $F = B \cdot I \cdot l \cdot \sin \alpha$

  • Trong đó: $\alpha$ là góc hợp bởi dây dẫn và vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$.

• Xác định chiều: Sử dụng Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều dòng điện, ngón cái choãi ra $90^\circ$ chỉ chiều của lực từ $F$.


Shutterstock

2.2. Lực từ giữa hai dây dẫn thẳng song song

Khi có hai dòng điện $I_1$ và $I_2$ đặt song song cách nhau một khoảng $d$, chúng sẽ tương tác với nhau do mỗi dây nằm trong từ trường của dây kia.

• Công thức tính lực trên một đơn vị chiều dài ($1m$):

  $$f = \frac{F}{l} = \frac{\mu_0 \mu_r}{2\pi} \cdot \frac{I_1 I_2}{d}$$

  (Trong chân không: $f = 2 \cdot 10^{-7} \cdot \frac{I_1 I_2}{d}$)

• Tính chất:

  • Hai dòng điện cùng chiều: Hút nhau.

  • Hai dòng điện ngược chiều: Đẩy nhau.

2.3. Lực từ trong khung dây hình chữ nhật

Xét một khung dây hình chữ nhật cạnh $a$ và $b$ có dòng điện $I$ chạy qua, đặt trong từ trường đều $\vec{B}$.

• Trường hợp các cạnh vuông góc với $\vec{B}$: Các cặp cạnh đối diện sẽ chịu tác dụng của các lực từ.

• Phân tích: * Các lực tác dụng lên các cạnh đối diện thường có cùng độ lớn.

  • Nếu mặt phẳng khung dây không vuông góc với $\vec{B}$, các lực này sẽ tạo thành một ngẫu lực làm quay khung dây.

2.4. Mô men lực (Torque)

Mô men lực từ tác dụng lên khung dây là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của từ trường đối với khung dây đó.

• Công thức:

  $$M = N \cdot B \cdot I \cdot S \cdot \sin \theta$$

• Trong đó:

  • $N$: Số vòng dây của khung.

  • $S$: Diện tích khung dây ($S = a \cdot b$).

  • $\theta$: Góc hợp bởi vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây $\vec{n}$ và vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$.

• Mô men cực đại: $M_{max} = N \cdot B \cdot I \cdot S$ khi mặt phẳng khung dây song song với các đường sức từ ($\theta = 90^\circ$).


Shutterstock