Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
I. TƯƠNG TÁC TỪ
1. Tương tác giữa nam châm với nam châm
a) Thí nghiệm (Hình 14.1)
Đưa hai cực của một nam châm thẳng và kim nam châm lại gần nhau:
| Trường hợp | Hiện tượng |
|---|---|
| Hai cực cùng tên (N-N hoặc S-S) lại gần nhau | Hai nam châm đẩy nhau |
| Hai cực khác tên (N-S hoặc S-N) lại gần nhau | Hai nam châm hút nhau |
b) Đặc điểm kim nam châm tự do
Khi để kim nam châm tự do (treo bằng dây hoặc đặt trên trục quay), kim nam châm luôn định hướng theo phương Bắc – Nam địa lí:
- Cực Bắc (N) của kim nam châm chỉ về hướng Bắc địa lí
- Cực Nam (S) của kim nam châm chỉ về hướng Nam địa lí
Ghi nhớ: “Cùng cực thì đẩy, khác cực thì hút” – giống như điện tích!
2. Tương tác giữa dòng điện với nam châm
a) Thí nghiệm Ørsted (Hình 14.2)
Đây là thí nghiệm lịch sử do nhà vật lí người Đan Mạch Hans Christian Ørsted thực hiện năm 1820.
Bố trí thí nghiệm:
- Đặt dây dẫn thẳng song song với kim nam châm đang ở trạng thái cân bằng
- Cho dòng điện chạy qua dây dẫn
Hiện tượng quan sát được:
| Trạng thái | Hiện tượng |
|---|---|
| Chưa có dòng điện | Kim nam châm nằm song song với dây dẫn |
| Có dòng điện chạy qua | Kim nam châm bị lệch so với phương ban đầu |
| Đổi chiều dòng điện | Kim nam châm lệch theo hướng ngược lại |
| Ngắt dòng điện | Kim nam châm trở về vị trí ban đầu |
b) Kết luận
- Dòng điện tác dụng lực lên nam châm (kim nam châm)
- Theo định luật III Newton: Kim nam châm cũng tác dụng lực lên dòng điện
Ý nghĩa lịch sử: Thí nghiệm Ørsted chứng minh mối liên hệ giữa điện và từ, mở đường cho sự phát triển của điện từ học.
3. Tương tác giữa dòng điện với dòng điện
a) Thí nghiệm (Hình 14.3)
Cho dòng điện chạy qua hai tấm kim loại mỏng đặt song song gần nhau.
Hiện tượng quan sát được:
| Chiều dòng điện | Hiện tượng |
|---|---|
| Hai dòng điện cùng chiều | Hai tấm kim loại hút nhau |
| Hai dòng điện ngược chiều | Hai tấm kim loại đẩy nhau |
So sánh với nam châm: Quy luật tương tác giữa hai dòng điện ngược với quy luật tương tác giữa hai nam châm!
- Nam châm: cùng cực → đẩy, khác cực → hút
- Dòng điện: cùng chiều → hút, ngược chiều → đẩy
4. Kết luận về tương tác từ
Tương tác từ là tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa dòng điện với nam châm và giữa dòng điện với dòng điện.
Lực từ là lực tương tác trong các trường hợp trên.
Bảng tổng hợp các loại tương tác từ:
| Loại tương tác | Điều kiện | Kết quả |
|---|---|---|
| Nam châm – Nam châm | Cùng cực | Đẩy nhau |
| Nam châm – Nam châm | Khác cực | Hút nhau |
| Dòng điện – Nam châm | Có dòng điện | Lực từ tác dụng lên cả hai |
| Dòng điện – Dòng điện | Cùng chiều | Hút nhau |
| Dòng điện – Dòng điện | Ngược chiều | Đẩy nhau |
II. TỪ TRƯỜNG
1. Khái niệm từ trường
Từ trường là môi trường vật chất tồn tại xung quanh nam châm, xung quanh dòng điện và xung quanh các hạt mang điện chuyển động.
Biểu hiện của từ trường: Từ trường tác dụng lực từ lên nam châm hoặc dòng điện đặt trong nó.
2. Tính chất cơ bản của từ trường
Tính chất cơ bản của từ trường là tác dụng lực từ lên nam châm hoặc lên dòng điện đặt trong nó.
Cách phát hiện từ trường:
- Đặt kim nam châm thử (kim nam châm nhỏ) vào vùng không gian cần khảo sát
- Nếu kim nam châm bị lệch khỏi hướng Bắc – Nam địa lí → Vùng không gian đó có từ trường
3. Cảm ứng từ
a) Định nghĩa
Cảm ứng từ (kí hiệu $\vec{B}$) là đại lượng vectơ đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực từ tại mỗi điểm trong không gian có từ trường.
b) Phương và chiều của vectơ cảm ứng từ
| Đặc điểm | Mô tả |
|---|---|
| Phương | Trùng với trục của kim nam châm thử nằm cân bằng tại điểm đó |
| Chiều | Đi từ cực Nam (S) sang cực Bắc (N) của kim nam châm thử |
c) Đơn vị
- Đơn vị của cảm ứng từ trong hệ SI là Tesla (kí hiệu: T)
- $1 T = 1 \frac{Wb}{m^2} = 1 \frac{kg}{A \cdot s^2}$
Một số giá trị cảm ứng từ tham khảo:
| Nguồn từ trường | Độ lớn cảm ứng từ |
|---|---|
| Từ trường Trái Đất | $\approx 5 \times 10^{-5}$ T |
| Nam châm vĩnh cửu thông thường | $10^{-2}$ – $10^{-1}$ T |
| Nam châm điện mạnh | 1 – 2 T |
| Máy MRI (chụp cộng hưởng từ) | 1,5 – 3 T |
4. Từ trường đều
Từ trường đều là từ trường mà vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$ tại mọi điểm đều bằng nhau (cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn).
Ví dụ từ trường đều:
- Từ trường trong khoảng giữa hai cực của nam châm hình chữ U (vùng trung tâm)
- Từ trường bên trong ống dây đủ dài mang dòng điện
III. ĐƯỜNG SỨC TỪ VÀ TỪ PHỔ
1. Từ phổ
a) Khái niệm
Từ phổ là hình ảnh trực quan của từ trường, được tạo thành bởi các mạt sắt nhỏ sắp xếp trong từ trường.
b) Nguyên lí tạo từ phổ
Các mạt sắt mịn đặt trong từ trường bị nhiễm từ, trở thành các nam châm thử nhỏ. Chúng tự sắp xếp theo phương của từ trường tại mỗi điểm, tạo nên hình ảnh các đường cong liên tục.
c) Thí nghiệm tạo từ phổ
Dụng cụ:
- Hộp nhựa có một mặt trong suốt, bên trong chứa dầu và mạt sắt mịn
- Nam châm thẳng / nam châm chữ U / ống dây có dòng điện
Tiến hành:
- Lắc nhẹ hộp nhựa để mạt sắt phân bố đều
- Đặt hộp nhựa trên mặt phẳng ngang, mặt trong suốt hướng lên trên
- Đặt nam châm (hoặc cho dòng điện chạy qua ống dây) lên mặt hộp nhựa
- Gõ nhẹ vào hộp nhựa
- Quan sát hình ảnh mạt sắt tạo thành
2. Đường sức từ
a) Định nghĩa
Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường sao cho tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm trùng với phương của vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$ tại điểm đó.
Chiều của đường sức từ là chiều của vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$.
b) Các đặc điểm của đường sức từ
| Đặc điểm | Mô tả |
|---|---|
| Tính duy nhất | Tại mỗi điểm trong từ trường, chỉ có thể vẽ được một đường sức từ đi qua và chỉ một mà thôi |
| Đường cong khép kín | Các đường sức từ là những đường cong khép kín (không có điểm đầu, điểm cuối) |
| Mật độ đường sức | Nơi nào từ trường mạnh hơn thì các đường sức từ vẽ dày hơn; nơi nào từ trường yếu hơn thì các đường sức từ vẽ thưa hơn |
| Không cắt nhau | Các đường sức từ không bao giờ cắt nhau |
Phân biệt: Đường sức từ là đường cong khép kín, khác với đường sức điện trường (xuất phát từ điện tích dương, kết thúc ở điện tích âm).
3. Hình dạng đường sức từ trong các trường hợp
a) Đường sức từ của nam châm thẳng
Đặc điểm:
- Bên ngoài nam châm: Đường sức từ đi ra từ cực Bắc (N), đi vào cực Nam (S)
- Bên trong nam châm: Đường sức từ đi từ cực Nam sang cực Bắc
- Các đường sức từ tập trung dày đặc ở hai cực
b) Đường sức từ giữa hai nam châm thẳng
| Trường hợp | Hình dạng đường sức |
|---|---|
| Hai cực khác tên đối diện (N-S) | Đường sức từ nối liền từ cực N sang cực S, song song ở vùng giữa |
| Hai cực cùng tên đối diện (N-N hoặc S-S) | Đường sức từ đẩy nhau, tạo vùng từ trường yếu ở giữa |
c) Đường sức từ của nam châm hình chữ U
Đặc điểm:
- Trong khoảng giữa hai cực: Các đường sức từ gần như song song và cách đều nhau
- Vùng giữa hai cực là từ trường đều (vectơ $\vec{B}$ như nhau tại mọi điểm)
d) Đường sức từ của dòng điện thẳng
Đặc điểm:
- Đường sức từ là các đường tròn đồng tâm
- Tâm của các đường tròn nằm trên dây dẫn
- Các đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn
- Chiều xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải
e) Đường sức từ của ống dây mang dòng điện
Đặc điểm:
- Bên trong ống dây: Đường sức từ là các đường thẳng song song, cùng chiều → Từ trường đều
- Bên ngoài ống dây: Đường sức từ giống nam châm thẳng
- Ống dây mang dòng điện tương đương một nam châm thẳng
IV. QUY TẮC NẮM BÀN TAY PHẢI
1. Đối với dòng điện thẳng
Quy tắc: Giơ ngón cái của bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón tay kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay đó là chiều của đường sức từ.
Cách thực hiện:
- Xác định chiều dòng điện trong dây dẫn thẳng
- Đặt ngón cái bàn tay phải dọc theo dây dẫn, chỉ theo chiều dòng điện
- Khum 4 ngón còn lại ôm lấy dây dẫn
- Chiều 4 ngón tay chỉ từ cổ tay ra là chiều đường sức từ
2. Đối với dòng điện tròn và ống dây
Quy tắc: Khum bàn tay phải sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện chạy qua các vòng dây, thì chiều ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ (trong lòng ống dây).
Cách thực hiện:
- Xác định chiều dòng điện chạy qua các vòng dây
- Đặt bàn tay phải sao cho 4 ngón tay khum theo chiều dòng điện
- Ngón cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ trong lòng ống dây
- Đầu ngón cái chỉ về là cực Bắc (N) của ống dây
3. Xác định chiều đường sức từ bằng kim nam châm thử
Các bước thực hiện:
- Đặt kim nam châm thử nhỏ tại điểm cần xác định
- Để kim nam châm cân bằng
- Chiều đường sức từ tại điểm đó là chiều từ cực Nam (S) sang cực Bắc (N) của kim nam châm
Những lỗi thường gặp cần tránh
| Sai | Đúng |
|---|---|
| Đường sức từ đi ra từ cực Nam | Đường sức từ đi ra từ cực Bắc |
| Hai dòng điện cùng chiều thì đẩy nhau | Hai dòng điện cùng chiều thì hút nhau |
| Đường sức từ có thể cắt nhau | Đường sức từ không bao giờ cắt nhau |
| Từ trường chỉ tồn tại quanh nam châm | Từ trường tồn tại quanh nam châm và dòng điện |
| Quy tắc bàn tay phải: ngón cái luôn chỉ chiều dòng điện | Với ống dây: ngón cái chỉ chiều đường sức từ |
Công thức và kí hiệu quan trọng
| Đại lượng | Kí hiệu | Đơn vị |
|---|---|---|
| Cảm ứng từ | $\vec{B}$ | Tesla (T) |
| Cường độ dòng điện | I | Ampe (A) |
Kí hiệu hướng vuông góc với mặt phẳng:
| Kí hiệu | Ý nghĩa |
|---|---|
| ⊙ | Hướng ra khỏi mặt phẳng (về phía người đọc) |
| ⊗ | Hướng vào mặt phẳng (xa người đọc) |
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn