Giải bài tập Vật lý 11 Bài 21: Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn có hình dạng đặc biệt
§21. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT A/ KIẾN THỨC Cơ BẢN Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài: Vectơ cảm ứng từ B tại điểm M gây bởi dòng điện có cường độ I chạy trong dây dẫn thẳng dài: Có điểm đặt tại M Có phương vuông góc với mặt phẳng tạo bởi M và dây dẫn Có chiều tuân theo quy tắc Iiắm tay phải Có độ lớn: B = 2.10”7. —. r Với r là khoảng cách từ dây dân đến M, tính bằng đơn vị mét (m) . Từ trường của dòng diện chạy trong dây dẫn uôn thành vòng tròn: Cảm ứng từ B tại tâm 0 gây bởi dòng điện có cường độ I chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn. Có điểm đặt tại o Phương vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện. Có chiều đi vào mặt Nam đi ra mặt Bắc của vòng tròn ấy Có độ lớn: B = 27I.10"7.— r Với R là bán kính của vòng dây tròn. Nếu khung dây tròn tạo bởi N vòng dấy sít nhau thì: B = 2ti.10_7N.— r Từ trường của dòng điện chạy trong ông dây dẫn hình trụ: Từ trường trong lòng ống dây là đều, cảm ứng từ trong lòng ông dây , , N T được cho bởi công thức: B = 4ĩt.l0 '.ỹ .1 Trong đó: N là sô vòng dây, l là độ dài hình trụ. -j- = n gọi là sô vòng dầy quân trên một đơn vị dài của lõi. => B = 47i.lO'7nI. Dòng điện B/ CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC © B Cp Hãy xác định chiều dòng điện trên hình vẽ bên: C2. Dựa vào quy tắc “vào nam ra bắc”, nghiệm lại rằng, chiều các dường sức từ của ô'ng dây diện hình trụ cũng được xác định bằng quy tác nấm tay phải. B Dống điện B C3. Tìm một điểm trên đoạn O1O2 trong đó cảm ứng từ tông hợp bàng ó . Hướng dẫn giải Cp Chiều dòng điện tuân theo qui tắc nắm tay phải c2. Trong hình vẽ 21.4 SGK, ta nhận thấy: khi đứng từ phía ngoài nhìn vào ông dây, thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ nên mặt nhìn thây là mặt Nam, đường sức từ đi vào mặt Nam. Từ đó ta thấy chiều các đường sức từ của ông dây hình trụ cũng được xác định bằng quy tắc nắm tay phải: “Dùng bàn tay phải năm lấy ông dây sao cho các ngón trỏ, ngón giữa... hướng theo chiều dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra cho ta chiều của đường sức từ”. c3. Xem hình vẽ dưới Gọi N là điếm trên đoạn O1O2 có cảm ứng từ tổng hợp bằng 0 Bi + Bá = 0 Bi - — Bs => Hai vectơ Bi và Bỉ có cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn Gọi ri là khoảng cách từ O] đến N r2 là khoảng cách từ 02 đến N Độ lớn: Bj = Bọ » 2.10~6 7.7" = 2.1CT7.— 1 r2 6 6 — = — r. r, 1 2 r=> r, = r2 = 15cm. Vậy N là trung điểm của OiO2 c/ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SAU BÀI HỌC Cám ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện phụ thuộc vào những yếu tố nào? Độ lớn cùa cảip ứng từ tại một điếm trong từ trường của dòng diện thẳng dài thay đối thế nào khi điểm ấy dịch chuyến: a) Song song với dây. c) Theo một đường sức từ xung quanh dây. 3. Phát biểu nào dưới đày là đúng? Độ lớn cám ứng từ tại tâm một dòng diện tròn A. tĩ lệ với cường độ dòng điện. c. tỉ lệ vđi diện tích đường tròn. b) Vuông góc với dây. B. tỉ lệ với chiều dài đường tròn. D. tỉ lệ nghịch với diện tích đường tròn. 4. Phát biếu nào dưới đây là dứng? Căm ứng từ trong lòng ống dây điện hình trụ A. luôn bằng 0. c. là đồng đều. B. ti lệ với chiều dài ông dây. D. tỉ lệ vớPtiết diện ống dây. 5. Ống 1 5A 5000 vòng dài 2m Ống 2 2A 10000 vòng dài l.õin So sánh cám ứng từ bên trong hai ống dây điện sau: Hai dòng điện II = 3A, I2 = 2A chạy trong hai dây dẫn thẳng dài, song song cách nhau 50cm theo cùng một chiều. Xác định những điểm tại đó B = õ. Hướng dân giải Cảm ứng từ tại một điểm M trong từ trường của dòng điện phụ thuộc vào: Dạng hình học của dây dẫn. Vị trí điểm M Môi trường xung quanh Tỉ lệ với cường độ dòng điện gây ra từ trường 7 I B = 2.10-7. - Cảm ứng từ tại một điểm M trong từ trường của dòng điện thẳng dài được tính bằng công thức: Khi M dịch chuyển song song với dây dẫn thì r không thay đổi nên độ lớn cảm ứng từ không đổi. Khi M dịch chuyển vuông góc với dây dẫn. Nếu M dịch chuyển lại gần dây dẫn thì r giảm, B tăng. Nếu M dịch chuyển ra xa dây dẫn thì r tăng, B giảm. Khi M dịch chuyển theo một đường sức từ xung quanh dây dẫn thì r không đổi nên B không đổi. A. Vì cảm ứng từ tại tâm một' dòng điện tròn tính bằng công thức: B = 27I.10’7.- r c. Cảm ứng từ bên trong lòng ông dây điện hình trụ luôn bằng nhau tại . . , V „ , ,„-7N , mọi điếm và bang B = 471.10 y .1 Cảm ứng từ bên trong ông dây Ống 2: B2 = 4rc.l0_7^7 -Ống 1: Bi = 47I.1O-7^J-.li = 4ti.10’7^^.5 = 5ti.10"3'(T) 2 I2 = 4ti,10-7^^.2 = 5,337I.1O~3(T) 1,5 Vậy: B] < B2 li Hình 21.3 - Ta có: r = 40cm = 0,4m: là khoảng cách từ K đến tâm 02 r2 = 20cm = 0,2m I - Cảm ứng từ do li gây ra tại 02: I Bi = 2.10~7. y-= 2.10”7. = ìcr6 (T) T ,2 B2 = 271.10-7. — .= 2ti. 10’7.7^7= 6,28.10_6(T) - Cảm ứng từ do I2 gây ra tại 02. _2_ 0,2 - Cảm ứng từ tổng hợp tại 02 B = Bi + B2 * Trường hợp 1: Ij và I2 có chiều (hình 21.3) Khi đó Bi và B2 cùng chiều nên: Hình 21.4 B = Bj + B2 = 10’® + 6,28.10“® = 7,28.10“® (T) * Trường hợp 2: lị và I2 có chiều (hình 21.4) Bi hướng ra, B2 hướng vào, Bi và Ẻ2 ngược hướng nên: B = B2 - Bi = 6,28.10’® - 10’® = 5,28.10’® (T) 7. Gọi c là điểm tại đó B =0. Cảm ứng từ do L và I2 gây ra tại c 6.10’7 B, = 2.10’7.— = 2.10’7. — B2 = 2.10”7. — - 2.10’7. X1 2 4.10’ M ọ- li rl b2 r2 c Bi N ■© I2 r2 r2 r2 Theo đề bài: B - Bi + Ẽ2 = õ => Bi = — B2. Vậy, Bi và B2 cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn nên điểm c phải nằm trong đoạn MN: rt + r2 = 0,5 (1) Độ lớn: Bi = B2 hay 6.10' 4.10 ri = l,5r2 (2) *1 *2 Từ (1) và (2), suy ra: ri = 0,3 m, r2 - 0,2(m) Vậy những điểm nằm trên đường thẳng, song song với hai dây dẫn, đi qua điểm c cách dây dẫn thứ nhất 0,3 m, cách dây dẫn thứ hai 0,2 m thì có B = 0.