Công thức tính cảm ứng từ là một khía cạnh quan trọng trong môn Vật lý lớp 11. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về định nghĩa, công thức và các ví dụ minh họa liên quan đến cảm ứng từ.
Định nghĩa
-
Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian, biểu hiện thông qua sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên dòng điện hoặc một nam châm đặt trong nó. Từ trường đều có các đường sức từ song song, cùng chiều và cách đều nhau.
-
Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho mức độ mạnh hay yếu của từ trường tại điểm được xét trong từ trường.
-
Cảm ứng từ là một vectơ, có phương tiếp tuyến với đường sức từ và chiều của cảm ứng từ giống với chiều của đường sức từ.
Chú ý: Trong từ trường đều, cảm ứng từ tại mọi điểm trong không gian đều như nhau.
Công thức và đơn vị đo
Véc tơ cảm ứng từ B→ tại một điểm trong từ trường:
-
Có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
-
Có độ lớn là: B = FI.l (khi đoạn dây dẫn được đặt vuông góc với các đường sức từ).
Trong đó:
- B là cảm ứng từ.
- F là lực tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài l và dòng điện I chạy qua đoạn đó.
- I là cường độ dòng điện chạy qua dây, có đơn vị là ampe (A).
- l là chiều dài đoạn dây dẫn, có đơn vị mét (m).
Trong hệ SI, đơn vị cảm ứng từ là tesla (T).
1T = 1N1A.1m
Mở rộng
Từ biểu thức cảm ứng từ, ta có thể suy ra công thức tính độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt vuông góc với đường sức từ trong từ trường đều:
B = FI.l => F = B.I.l
Chú ý:
-
Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho từ trường và độ lớn của nó không phụ thuộc vào lực từ mà nó tác dụng lên dòng điện hoặc nam châm khác đặt trong nó. Nó phụ thuộc vào tác dụng của từ trường tại vị trí đặt đoạn dây dẫn.
-
Đối với từ trường gây ra bởi một số dòng điện có hình dạng đặc biệt, ta có các công thức xác định cảm ứng của dòng điện. Cụ thể như sau:
-
Dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài không giới hạn thì cảm ứng từ tại điểm cách dây dẫn một khoảng r là B = 2.10-7 .Ir.
-
Dòng điện chạy trong dây dẫn có dạng hình tròn, cảm ứng từ tại tâm O của vòng dây là B = 2π.10-7IR; nếu khung dây tròn tạo bởi N vòng dây sít nhau thì B = 2π.10-7 NIR.
-
Dòng điện chạy trong ống dây hình trụ, cảm ứng từ trong lòng ống dây có độ lớn là B = 4π.10-7.Nl.I = 4π.10-7 nI.
Trong đó:
- I là cường độ dòng điện trong dây dẫn, có đơn vị là ampe (A).
- r là khoảng cách từ dây dẫn đến điểm được xét, có đơn vị là mét (m).
- R là bán kính vòng dây tròn, có đơn vị là mét (m).
- N là tổng số vòng dây.
- l là chiều dài ống dây, có đơn vị là mét (m).
- n = Nl là số vòng dây quấn trên một đơn vị dài của ống dây.
Ví dụ minh họa
Bài 1: Một đoạn dây dẫn dài 5 cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với vectơ cảm ứng từ. Dòng điện chạy qua dây có cường độ 0.75 A. Lực từ tác dụng lên đoạn dây đó là 3.10-2 N. Cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn bao nhiêu?
Bài giải:
Áp dụng công thức F = B.I.l.sinα
=> B = FI.l.sinα = 3.10−2 0.75 0.05 * sin90° = 0.8 T
Đáp án: B = 0.8 T
Bài 2: Một đoạn dây dẫn thẳng MN dài 6 cm có dòng điện I = 5 A đặt trong từ trường đều tạo với vectơ cảm ứng từ một góc 30°. Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F = 7.5.10-2 N. Cảm ứng từ có độ lớn là bao nhiêu?
Bài giải:
Áp dụng công thức F = B.I.l.sinα
=> B = FI.l.sinα = 7.5.10−2 5 0.06 * sin30° = 0.5 T
Đáp án: B = 0.5 T
Thông qua những công thức và ví dụ trên, ta đã hiểu cách tính cảm ứng từ trong môn Vật lý lớp 11. Hi vọng bài viết này giúp bạn có cái nhìn rõ hơn về chủ đề này. Chúc bạn học tốt!
