Từ Trường
Tương tác từ, từ trường và cảm ứng từ $\vec{B}$, đường sức từ – từ phổ, và quy tắc nắm bàn tay phải
▸ Nam châm – Nam châm
Đưa hai cực lại gần nhau: cùng cực thì đẩy, khác cực thì hút (giống điện tích). Kim nam châm để tự do luôn định hướng theo phương Bắc – Nam địa lí (cực Bắc N chỉ về hướng Bắc).
▸ Dòng điện – Nam châm (thí nghiệm Ørsted, 1820)
Đặt dây dẫn song song với kim nam châm cân bằng. Khi cho dòng điện chạy qua, kim nam châm bị lệch khỏi phương ban đầu; đổi chiều dòng điện thì kim lệch theo hướng ngược lại; ngắt dòng điện thì kim trở về vị trí cũ.
Kết luận: dòng điện tác dụng lực lên nam châm; theo định luật III Newton, nam châm cũng tác dụng lực lên dòng điện. Đây là bằng chứng về mối liên hệ giữa điện và từ.
▸ Dòng điện – Dòng điện
Tính chất cơ bản của từ trường: tác dụng lực từ lên nam châm hoặc lên dòng điện đặt trong nó. Để phát hiện từ trường: đặt một kim nam châm thử; nếu kim bị lệch khỏi hướng Bắc – Nam địa lí thì nơi đó có từ trường.
▸ Cảm ứng từ $\vec{B}$
Cảm ứng từ ($\vec{B}$) là đại lượng vectơ đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực từ tại mỗi điểm.
| Đặc điểm vectơ $\vec{B}$ | Mô tả |
|---|---|
| Phương | Trùng với trục của kim nam châm thử nằm cân bằng tại điểm đó. |
| Chiều | Từ cực Nam (S) sang cực Bắc (N) của kim nam châm thử. |
| Đơn vị | Tesla (T); $1\,T = 1\,Wb/m^2$. |
Một số giá trị tham khảo: từ trường Trái Đất $\approx 5 \times 10^{-5}$ T; nam châm vĩnh cửu $10^{-2}$–$10^{-1}$ T; máy MRI $1{,}5$–$3$ T.
Ví dụ từ trường đều: vùng giữa hai cực của nam châm hình chữ U; bên trong ống dây đủ dài mang dòng điện.
Các mạt sắt mịn đặt trong từ trường bị nhiễm từ, trở thành các nam châm thử nhỏ và tự sắp xếp theo phương của từ trường, tạo nên các đường cong liên tục.
▸ Đặc điểm của đường sức từ
| Đặc điểm | Mô tả |
|---|---|
| Tính duy nhất | Qua mỗi điểm chỉ vẽ được một đường sức từ. |
| Đường cong khép kín | Là những đường cong khép kín (không có điểm đầu, điểm cuối). |
| Mật độ | Nơi từ trường mạnh → đường sức dày; nơi yếu → đường sức thưa. |
| Không cắt nhau | Các đường sức từ không bao giờ cắt nhau. |
▸ Nam châm thẳng
Bên ngoài: đường sức đi ra từ cực Bắc (N), đi vào cực Nam (S); bên trong: đi từ S sang N. Đường sức tập trung dày đặc ở hai cực.
▸ Nam châm hình chữ U
Trong khoảng giữa hai cực: các đường sức gần như song song và cách đều nhau → vùng này là từ trường đều.
▸ Dòng điện thẳng
Đường sức từ là các đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn, tâm nằm trên dây; chiều xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải.
▸ Ống dây mang dòng điện
Bên trong ống dây: đường sức là các đường thẳng song song, cùng chiều → từ trường đều. Bên ngoài: giống nam châm thẳng. Ống dây mang dòng điện tương đương một nam châm thẳng.
▸ Đối với dòng điện thẳng
Giơ ngón cái bàn tay phải theo chiều dòng điện, khum bốn ngón quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến bốn ngón là chiều đường sức từ.
▸ Đối với ống dây (và dòng điện tròn)
Khum bàn tay phải sao cho bốn ngón theo chiều dòng điện qua các vòng dây, 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.
| Kí hiệu | Ý nghĩa |
|---|---|
| ⊙ | Hướng ra khỏi mặt phẳng (về phía người đọc) |
| ⊗ | Hướng vào mặt phẳng (xa người đọc) |
▸ So sánh tương tác
| Nam châm – Nam châm | Dòng điện – Dòng điện | |
|---|---|---|
| Cùng (cực / chiều) | ĐẨY | HÚT |
| Khác (cực / chiều) | HÚT | ĐẨY |
▸ Đường sức từ – tóm tắt
| Nguồn từ trường | Hình dạng | Từ trường đều? |
|---|---|---|
| Nam châm thẳng | Đường cong, ra N vào S | ✗ |
| Nam châm chữ U | Song song ở giữa hai cực | ✓ (giữa 2 cực) |
| Dòng điện thẳng | Đường tròn đồng tâm | ✗ |
| Ống dây | Thẳng song song bên trong | ✓ (trong ống) |
▸ Lỗi sai thường gặp
| ❌ Sai | ✅ Đúng |
|---|---|
| Đường sức từ đi ra từ cực Nam | Đi ra từ cực Bắc (N), vào cực Nam (S) |
| Hai dòng điện cùng chiều thì đẩy nhau | 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 | Tồn tại quanh cả nam châm và dòng điện |
| Ống dây: ngón cái luôn chỉ chiều dòng điện | Ống dây: ngón cái chỉ chiều đường sức từ |
Sơ đồ tư duy, hình ảnh đường sức từ, các mẹo ghi nhớ và lỗi sai thường gặp.
Đã nắm vững lý thuyết, các em chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát SGK nhé!
Cùng luyện Bài 14 – Từ trường!
25 câu: 19 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
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