I. Lực Từ
Để đơn giản hóa việc nghiên cứu và đo lường lực từ, chúng ta sẽ bắt đầu bằng việc khảo sát lực từ trong một từ trường đều.
1. Từ Trường Đều Là Gì?
Từ trường đều là một vùng không gian mà ở đó, các đặc tính của từ trường là như nhau tại mọi điểm. Điều này có nghĩa là các đường sức từ trong từ trường đều là những đường thẳng song song, cùng hướng và cách đều nhau.
Một từ trường đều có thể được tạo ra giữa hai cực của một nam châm hình chữ U.
2. Xác Định Lực Từ Tác Dụng Lên Đoạn Dây Dẫn Mang Dòng Điện Trong Từ Trường Đều
Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện trong từ trường đều
Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện, khi được đặt trong một từ trường đều, có những đặc điểm sau:
- Phương: Vuông góc với cả đường sức từ và đoạn dây dẫn.
- Độ lớn: Phụ thuộc vào cường độ từ trường và cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.
II. Cảm Ứng Từ
1. Khái Niệm Cảm Ứng Từ
Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường là một đại lượng vật lý đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường tại điểm đó. Nó được xác định bằng thương số giữa lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện, đặt vuông góc với đường cảm ứng từ tại điểm đang xét, và tích của cường độ dòng điện và chiều dài của đoạn dây dẫn đó.
Công thức tính cảm ứng từ:
B = F / (I * l)
2. Đơn Vị Cảm Ứng Từ
Trong hệ đo lường quốc tế SI, đơn vị của cảm ứng từ B là tesla (T). Trong công thức trên, lực F được đo bằng Newton (N), cường độ dòng điện I đo bằng Ampe (A) và chiều dài l đo bằng mét (m).
3. Vectơ Cảm Ứng Từ
Cảm ứng từ được biểu diễn bằng một vectơ, gọi là vectơ cảm ứng từ, ký hiệu là (overrightarrow{B}).
Đặc điểm của vectơ cảm ứng từ (overrightarrow{B}) tại một điểm:
- Hướng: Trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
- Độ lớn: B = F / (I * l)
4. Biểu Thức Tổng Quát Của Lực Từ
Lực từ (overrightarrow{F}) tác dụng lên một đoạn dây dẫn có chiều dài l mang dòng điện I đặt trong từ trường đều, nơi có cảm ứng từ (overrightarrow{B}), được xác định như sau:
- Điểm đặt: Tại trung điểm của đoạn dây dẫn l.
- Phương: Vuông góc với cả (overrightarrow{l}) và (overrightarrow{B}).
- Chiều: Tuân theo quy tắc bàn tay trái.
- Độ lớn: F = B I l * sin(α), trong đó α là góc hợp bởi (overrightarrow{B}, overrightarrow{l}).
5. Chú Ý: Nguyên Lý Chồng Chất Từ Trường
Sơ đồ tư duy về lực từ và cảm ứng từ
Tương tự như điện trường, từ trường cũng tuân theo nguyên lý chồng chất từ trường. Điều này có nghĩa là, nếu có nhiều nam châm (hoặc dòng điện) cùng tác động lên một điểm M, thì từ trường tổng hợp tại M sẽ bằng tổng vectơ của các từ trường do từng nam châm (hoặc dòng điện) gây ra.
Giả sử hệ có n nam châm (hoặc dòng điện). Tại điểm M, từ trường do nam châm thứ nhất gây ra là (overrightarrow{B_1}), từ trường do nam châm thứ hai gây ra là (overrightarrow{B_2}),…, từ trường do nam châm thứ n gây ra là (overrightarrow{B_n}). Gọi (overrightarrow{B}) là từ trường tổng hợp của hệ tại M, ta có:
(overrightarrow{B} = overrightarrow{B_1} + overrightarrow{B_2} + … + overrightarrow{B_n}).