Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

1. Kiến thức trọng tâm

Khi một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường, từ trường tác dụng lên dây một lực gọi là lực từ. Lực từ có phương vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$. Chiều của lực từ được xác định bằng quy tắc bàn tay trái: đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện, thì ngón cái choãi ra $90^\circ$ chỉ chiều của lực từ.

Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dài $l$ mang dòng điện $I$ đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ $B$ là $F = BIl\sin\alpha$, trong đó $\alpha$ là góc hợp bởi dây dẫn và vectơ cảm ứng từ. Khi dây vuông góc với từ trường thì $\sin\alpha = 1$ và lực từ đạt giá trị lớn nhất $F_{\max} = BIl$. Khi dây song song với từ trường thì lực từ bằng không.

Cảm ứng từ $\vec{B}$ là đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực, có đơn vị là tesla (T). Cảm ứng từ tại một điểm có phương tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó và có chiều trùng với chiều đường sức từ.

2. Ví dụ minh họa

Một đoạn dây dẫn dài $l = 0{,}2,\text{m}$ mang dòng điện $I = 3,\text{A}$ đặt vuông góc với các đường sức của từ trường đều có $B = 0{,}5,\text{T}$. Lực từ tác dụng lên đoạn dây là $F = BIl\sin 90^\circ = 0{,}5 \times 3 \times 0{,}2 \times 1 = 0{,}3,\text{N}$. Nếu quay dây sao cho dây hợp với vectơ cảm ứng từ một góc $30^\circ$ thì lực từ giảm còn $F = 0{,}5 \times 3 \times 0{,}2 \times \sin 30^\circ = 0{,}15,\text{N}$. Ví dụ này cho thấy lực từ phụ thuộc mạnh vào góc giữa dây dẫn và từ trường.

3. Ghi nhớ

• Lực từ vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và vectơ cảm ứng từ; chiều xác định bằng quy tắc bàn tay trái.
• Độ lớn lực từ: $F = BIl\sin\alpha$; lớn nhất khi dây vuông góc với từ trường, bằng không khi dây song song với từ trường.
• Cảm ứng từ $\vec{B}$ đặc trưng cho từ trường, đơn vị là tesla (T).
• Lực từ là cơ sở hoạt động của động cơ điện và nhiều thiết bị điện từ.