Từ Trường Là Gì? Công Thức Và Bài Tập Từ Trường Vật Lý 11

1. Từ trường là gì? Ví dụ về từ trường

Từ trường là một môi trường vật chất mà bao quanh các hạt mang điện có sự chuyển động không ngừng. Từ trường có thể gây ra lực từ tác dụng lên một số vật có từ tính đặt bên trong nó.

Một số ví dụ về từ trường trong cuộc sống mà chúng ta thường gặp:

• Hai nam châm hút nhau khi đặt chúng vào trong vùng từ trường của nhau.

• Lực từ tác dụng xuyên qua không gian.

• Tương tác từ tính giữa các dòng điện song song cùng chiều thì hút nhau còn ngược chiều thì đẩy nhau.

2. Công thức từ trường

Công thức về từ trường là một trong những phần kiến thức quan trọng nhất trong chương 4 từ trường, giúp chúng ta hiểu được sâu hơn nguyên lý của các hiện tượng vật lý. Ngoài ra, công thức này còn đóng góp phần quan trọng vào cách giải bài tập, tính toán và quá trình thực hiện các thí nghiệm chứng minh trong chương này.

2.1. Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện

Lực từ mà tác dụng lên phần dây dẫn có mang dòng điện được thể hiện trong công thức dưới đây:

2.2. Từ trường của dòng điện

Với mỗi mạch điện khác nhau sẽ có từ trường khác nhau, ta có thể phân chia như sau:

2.3. Lực tương tác hai dây dẫn mang dòng điện

2.4. Lực Lorenxơ

2.5. Momen ngẫu lực từ

Tham khảo ngay bộ tài liệu tổng hợp kiến thức và phương pháp giải mọi dạng bài tập trong đề thi THPT độc quyền của VUIHOC ngay!

3. Ứng dụng của từ trường

Trong cuộc sống nhằm mục đích phát hiện từ trường có tồn tại hay không thì người ta sử dụng kim nam châm để xác định. Thanh kim nam châm bình thường sẽ ở trạng thái cân bằng, kim chỉ theo hướng N – B (Nam – Bắc). Chính vì thế, ta có thể nhận biết được từ trường một cách dễ dàng bằng cách sử dụng dụng cụ này.

Một số vật dụng được chế tạo ra trên ứng dụng được tính chất của từ trường bao gồm:

• Máy điện quay: ứng dụng vào các thiết bị như: máy phát điện, động cơ từ điện,…

• Các máy điện tĩnh: ứng dụng vào các loại máy biến áp, tụ điện,…

• Rất nhiều dụng cụ đã ứng dụng tính chất về lực hút sắt của từ trường: nam châm điện có trong các cần cẩu sắt thép, các cuộn rơ le, những cuộn dây có vai trò đóng mở các van điện từ,… và một số dụng cụ tương tự

• Các dụng cụ đo đạc và thăm dò tín hiệu, phát tín hiệu sử dụng từ trường: micrô, loa: dò và phát ra âm thanh, các bộ cảm biến có khả năng đo tương đối chính xác độ rung, độ chấn động,… còi điện, chuông báo nước,…

• Các ứng dụng về lực đẩy và lực cản của từ trường với các vật chuyển động: đệm từ trường bên trong xe lửa cao tốc, bộ cản dịu bên trong các đồng hồ đo đạc,…

• Khi tần số của cảm ứng từ tăng lên đến mức nhất định, nó sẽ có thể phát ra ăng-ten thành các sóng điện từ. Từ các sóng điện từ này, các nhà bác học thế giới đã phát minh ra Radio, TV, điện thoại di động,…

• Ngoài ra từ trường còn được ứng dụng trong rất nhiều trong các thiết bị Y tế và có ý nghĩa rất quan trọng.

3. Đường sức từ

3.1. Định nghĩa đường sức từ

Đường sức từ là tập hợp rất nhiều các đường cong khép kín hoặc thẳng dài vô tận không cắt nhau trong không gian xung quanh nam châm và dòng điện. Đường sức từ là đường biểu diễn được mật độ của từ trường: đường sức từ mà càng dày thì độ lớn của từ trường càng lớn và ngược lại.

Ta có quy ước chiều của đường sức từ theo hướng: Đi ra từ cực Bắc – Đi vào từ cực Nam của thanh Nam Châm tại một điểm bất kì nào đó.

3.2. Các ví dụ về đường sức từ

Đường sức từ của nam châm thẳng:

– Ở bên ngoài của nam châm, đường sức từ là những đường cong, hình dạng là hình đối xứng qua trục của thanh nam châm, có chiều đi ra là từ cực Bắc và đi vào là từ cực Nam.

– Ở càng gần phía đầu của thanh nam châm thì đường sức lại càng mau hơn (từ trường của nam châm càng mạnh hơn).

Đường sức từ của nam châm chữ U có những đặc điểm sau đây:

– Ở bên ngoài của nam châm, đường sức từ là những đường cong có hình dạng là hình đối xứng qua trục của thanh nam châm chữ U, có chiều đi ra từ cực Bắc và chiều đi vào từ cực Nam.

– Ở càng gần phía đầu thanh nam châm, đường sức càng mau hơn (từ trường càng mạnh hơn).

– Đường sức từ của từ trường trong khoảng thời gian giữa hai cực của nam châm chữ U là những đường thẳng song song và cách đều nhau. Từ trường ở trong khu vực đó gọi là từ trường đều.

Đặc điểm của từ trường của dòng điện thẳng rất dài:

– Các đường sức từ của dòng điện thẳng là tập hợp những đường tròn nằm trong những mặt phẳng và vuông góc với dòng điện, có tâm nằm trên dòng điện.

– Chiều được xác định bằng quy tắc nắm bàn tay phải sau đây: Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo phương của dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón còn lại khum lại cho ta được chiều của các đường sức từ.

3.3. Các tính chất của đường sức từ

Các tính chất của đường sức từ được thể hiện như sau:

• Qua mỗi điểm ở trong không gian ta chỉ có thể vẽ được một đường sức từ.

• Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc các đường thẳng vô hạn ở hai đầu.

• Chiều của các đường sức từ được xác định và tuân theo những quy tắc (quy tắc nắm bàn tay phải, quy tắc vào Nam ra Bắc)

• Ta có thể quy ước vẽ các đường sức từ sao cho chỗ nào từ trường mạnh thì các đường sức từ mau sát nhau và chỗ nào từ trường yếu thì các đường sức từ thưa thớt hơn.

4. Cảm ứng từ

Cảm ứng từ định nghĩa là một đại lượng vật lý đặc trưng cho từ trường trên phương diện tác dụng của lực từ. Theo cách khác, cảm ứng từ là một đại lượng mục đích là diễn tả độ lớn của từ trường. Tesla là đơn vị tính của cảm ứng từ chính, ký hiệu là T.

Véc tơ cảm ứng từ là những véc tơ có phương mà tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó thì có chiều từ cực nam sang cực bắc của nam châm đặt lên nó.

5. Từ trường đều là gì?

Từ trường đều là từ trường có đặc tính có đường sức từ song song, cùng chiều với nhau và có khoảng cách đều nhau. Chính vì thế, độ lớn của cảm ứng từ trong từ trường đều là như nhau với mọi điểm.

6. Từ trường của trái đất (địa từ trường)

Từ trường được các nhà Vật lý phát hiện ra từ rất lâu nhưng liệu chúng ta đã biết ở đâu có từ trường và ở đâu không có từ trường?

Từ trường Trái Đất xuất hiện do tính chất từ của các vật chất ở trên Trái Đất hợp thành tạo ra. Từ trường Trái Đất tồn tại từ trong lòng Trái Đất đến không gian rộng lớn bao quanh Trái Đất. Nguyên nhân gây ra từ trường Trái đất có thể được giải thích theo học thuyết geodynamo.

Từ trường của Trái Đất được coi là một lưỡng cực từ trường, với một cực gần cực bắc địa lý và cực còn lại gần cực nam địa lý. Một đường thăng tưởng tượng nối hai cực của Trái đất lại tạo thành một góc lệch khoảng 11,3° so với trục quay của Trái Đất.

Các từ trường có thể mở rộng ra vô hạn, tuy nhiên nếu ta xét các điểm càng cách xa nguồn thì chúng lại càng yếu dần. Từ trường của Trái Đất có thể có tác dụng đến hàng chục ngàn km trong vũ trụ, được gọi là Từ quyển. Từ quyển của Trái Đất cùng với lớp khí quyển đóng vai trò chặn các dòng hạt tích điện, bảo vệ sự sống trên Trái Đất.

Để hiểu hơn về từ trường và cùng thực hành các bài tập từ trường, cùng thầy Nguyễn Huy Tiến tham gia lớp học trong video sau đây nhé!

Đăng ký ngay để được các thầy cô tư vấn và xây dựng lộ trình ôn thi THPT sớm ngay từ bây giờ

7. Bài tập trắc nghiệm về từ trường

Câu 1. Trường hợp nào ở dưới đây không có sự xuất hiện của từ trường

A. Một thanh nam châm với một dòng điện không đổi đặt ở gần nhau.

B. Hai thanh nam châm khác nhau đặt gần nhau

C. Một thanh nam châm với một thanh đồng đặt ở gần nhau

D. Một thanh nam châm cùng với một thanh sắt non được đặt ở bên cạnh nhau.

Đáp án: C

Câu 2. Khẳng định nào ở dưới đây là chính xác khi phát biểu về từ trường?

A. Các cực có cùng tên gọi của thanh nam châm thì đẩy và hút nhau

B. Hai dòng điện không đổi nếu đặt song song và cùng chiều thì sẽ hút nhau

C. Các cực mà khác tên của thanh nam châm thì đẩy nhau

D. Nếu cực Bắc của một thanh nam châm mà hút một thanh sắt thì cực Nam của thanh nam châm đó sẽ đẩy thanh sắt

Đáp án: B

Câu 3: Sự khác biệt giữa đường sức từ với điện trường tĩnh, hãy chọn ra một đáp án đúng nhất trong các đáp án dưới đây

A. Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức

B. Các đường sức là những đường cong khép kín (hoặc những đường vô hạn ở hai đầu)

C. Chiều của đường sức tuân theo những quy tắc xác định

D. Chỗ nào có từ trường (hay điện trường) mạnh thì vẽ các đường sức mau với nhau và chỗ nào có từ trường ( hay điện trường) yếu thì vẽ các đường sức thưa thớt hơn.

Đáp án: B

Câu 4: Xung quanh vật nào dưới đây không phát ra từ trường?

A. Dòng điện không đổi

B. Hạt mang điện chuyển động

C. Hạt mang điện đứng yên

D. Nam châm chữ U

Đáp án: C

Câu 5. Hãy hoàn thành câu nói sau đây để thành một khái niệm chính xác: Đường sức từ là tập hợp các đường có dạng là đường thẳng, song song, cùng chiều cách đều nhau xuất hiện,…

A. Xung quanh dòng điện thẳng

B. Xung quanh một nam châm thẳng

C. Trong lòng của một nam châm chữ U

D. Xung quanh một dòng điện tròn

Đáp án: C

Câu 6. Chọn câu sai ?

A. Các đường mạt sắt của từ phổ có thể cho ta biết được biết dạng của đường sức từ.

B. Các đường sức từ của từ trường đều là những đường thẳng song song, cách đều nhau.

C. Tóm lại, các đường sức điện thì là đường không kín, còn các đường sức từ là những đường cong khép kín.

D. Một hạt mang điện có khả năng chuyển động theo quỹ đạo tròn trong từ trường thì quỹ đạo của nó là một đường sức từ của từ trường

Đáp án: D

Câu 7. Có hai thanh kim loại có bản chất là khối bằng sắt và có bề ngoài giống nhau. Khi đặt chúng gần nhau thì chúng hút nhau. Ta có thể kết luận gì về hai thanh kim loại đó ?

A. Đó là hai thanh nam châm.

B. Một thanh là thanh nam châm, thanh còn lại thì là thanh sắt.

C. Có thể đó là hai thanh nam châm hoặc cũng có thể là hai thanh sắt đơn thuần.

D. Có thể đó là hai thanh nam châm hoặc cũng có thể đó là một thanh nam châm với một thanh sắt.

Đáp án: D

Câu 8. Một từ trường mà mạnh hơn sẽ được diễn tả như thế nào trong một bức tranh về các đường sức từ, ở m:

A. Các đường sức từ được vẽ dày đặc hơn.

B. Các đường sức từ được vẽ nằm cách xa nhau.

C. Các đường sức từ được vẽ gần như song song với nhau.

D. Các đường sức từ được vẽ nằm phân kì nhiều.

Đáp án: A

Câu 9. Từ trường được tạo từ một thanh nam châm cũng giống với từ trường được tạo bởi:

A. Một đường dây dẫn thẳng và có dòng điện chạy qua.

B. Trong một ống dây và có dòng điện chạy qua.

C. Một nam châm hình móng ngựa.

D. Một vòng dây tiết diện tròn và có dòng điện chạy qua.

Đáp án: B

Câu 10. Tính chất cơ bản của từ trường được mô tả:

A. Gây ra một lực từ có khả năng tác dụng lên thanh nam châm hoặc lên dòng điện đặt trong nó.

B. Gây ra một lực hấp dẫn lên các vật đặt ở trong nó.

C. Gây ra một lực đàn hồi có tác dụng lên các dòng điện và nam châm đặt trong nó.

D. Gây ra những sự biến đổi một phần về tính chất điện ở môi trường xung quanh.

Đáp án: A

Trên đây là toàn bộ những kiến thức cơ bản và cần thiết về từ trường bao gồm lý thuyết, bài tập và các phương pháp giải bài tập từ trường, ngoài ra còn cung cấp thêm các kiến thức về cảm ứng từ và từ trường đều. Đây là phần học tương đối quan trọng trong quá trình ôn thi Toán THPT Quốc gia nên các bạn cần phải ôn tập và nắm chắc kiến thức. Để ôn thi đạt hiệu quả như mong muốn, các bạn học sinh có thể truy cập ngay vào trang web Vuihoc.vn để có thể được hướng dẫn đăng ký tài khoản hoặc liên hệ trực tiếp qua trung tâm hỗ trợ của VUIHOC để được hướng dẫn ôn tập hiệu quả trước kỳ thi THPT Quốc gia sắp tới nhé!