Bài 21: Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt

• Đường sức từ là những đường tròn nằm trong những mặt phẵng vuông góc với dòng điện và có tâm nằm trên dây dẫn.

• Chiều đường sức từ được xác định theo qui tắc nắm tay phải.

• Độ lớn cảm ứng từ tại điểm cách dây dẫn một khoảng r: 

\(B = {2.10^{ - 7}}.\frac{I}{r}\)

• Lưu ý : Qui tắc nắm tay phải : “tay phải nắm lấy vòng dây sao cho ngón cái choãi ra là chiều dòng điện, khí đó các ngón tay trỏ chỉ hướng theo chiều của Đường sức từ”

• Đường sức từ đi qua tâm O của vòng tròn là đường thẳng vô hạn ở hai đầu còn các đường khác là những đường cong có chiều đi vào mặt Nam và đi ra mặt Bắc của dòng điện tròn đó.

• Độ lớn cảm ứng từ tại tâm O của vòng dây: 

\(B = 2\pi {.10^{ - 7}}.N\frac{I}{R}\)

• Trong ống dây các đường sức từ là những đường thẳng song song cùng chiều và cách đều nhau.

• Cảm ứng từ trong lòng ống dây:

\(B = 4\pi {.10^{ - 7}}.nI = 4\pi {.10^{ - 7}}.\frac{N}{\ell }I\)

• Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm do nhiều dòng điện gây ra bằng tổng các véc tơ cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra tại điểm ấy

\(\overrightarrow B  = {\overrightarrow B _1} + {\overrightarrow B _2} + ... + {\overrightarrow B _n}\)

Bài 1:

Cảm ứng từ trong từ trường của dòng điện phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Hướng dẫn giải:

• Cảm ứng từ trong từ trường của dòng điện phụ thuộc vào cường độ dòng điện gây ra từ trường, dạng hình học của dây dẫn, vị trí của điểm khảo sát và môi trường xung quanh dòng điện.

Bài 2:

Độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài thay đổi thế nào khi điểm ấy dịch chuyển:

a) song song với dây?

b) vuông góc với dây?

c) theo một đường sức từ xung quanh dây?

Hướng dẫn giải

a) Độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài không thay đổi khi điểm ấy dịch chuyển song song với dây.

\(B = {2.10^{ - 7}}.\frac{I}{r}\), khi r không đổi thì B cũng không đổi. 

b) Độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài sẽ tăng nếu điểm ấy dịch chuyển lại gần đây dẫn và giảm nếu dịch chuyển ra xa dây dẫn khi điểm ấy dịch chuyển vuông góc với dây.

\(B = {2.10^{ - 7}}.\frac{I}{r}\), khi r tăng thì B giảm và ngược lại.

c) Độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài không thay đổi khi điểm ấy dịch chuyển theo một đường sức từ xung quanh dây.

\(B = {2.10^{ - 7}}.\frac{I}{r}\), khi r không đổi thì B cũng không đổi. Nhưng ở đây phương của vectơ cảm ứng từ luôn thay đổi. 

Bài 3:

Hai dòng điện đồng phẳng: dòng thứ nhất thẳng dài, \(I_1 = 2A\); dòng thứ hai hình tròn, tâm O cách dòng thứ nhất \(R_2 = 40 cm\), bán kính = 20 cm, \(I_2 = 2A\). Xác định cảm ứng từ tại \({O_2}\) .

Hướng dẫn giải:

• Ta có: 

  • Cảm ứng từ tại \({O_2}\) do dòng điện \({I_1}\) gây ra: \({B_1} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{{I_1}}}{{{r_1}}} = \,{2.10^{ - 7}}.\frac{2}{{0,4}} = {10^{ - 6}}(T)\)

  • Cảm ứng từ tại \({O_2}\) do dòng điện \({I_2}\) gây ra: \({B_2} = {2.10^{ - 7}}\pi .\frac{{{I_2}}}{{{r_2}}} = \,{2.10^{ - 7}}\pi .\frac{2}{{0,2}} = 6,{28.10^{ - 6}}(T)\)

  • Cảm ứng từ tổng hợp tại \({O_2}\) : \(\overrightarrow B  = \overrightarrow {{B_1}}  + \overrightarrow {{B_2}} \)

• Trường hợp dòng điện trong vòng dây thứ hai chạy theo chiều kim đồng hồ:

Vì \(\overrightarrow {{B_1}}  \uparrow  \uparrow \overrightarrow {{B_2}} \) nên \(B = {B_1} + {B_2} = 7,{28.10^{ - 6}}(T)\)

• Trường hợp dòng điện trong vòng dây thứ hai chạy ngược chiều kim đồng hồ (như hình 21.3b).

Vì \(\overrightarrow {{B_1}}  \uparrow  \downarrow \overrightarrow {{B_2}} \) nên \(B = {B_1} - {B_2} = 5,{28.10^{ - 6}}(T)\)

• Vậy, \(B = 7,{28.10^{ - 6}}(T)\) hoặc \(B = 5,{28.10^{ - 6}}(T)\)

Bài 4:

Một dây dẫn rất dài thẳng  hai đầu, ở giữa dây uốn thành vòng tròn có bán kính R =6 cm mang dòng điện 4A . Tính cảm ứng từ tại tâm vòng dây . 

Hướng dẫn giải:

• Ta có:  \(I{\rm{ }} = {\rm{ }}4A;{\rm{ }}R{\rm{ }} = {\rm{ }}6{\rm{ }}cm{\rm{ }} = {\rm{ }}{6.10^{ - 2}}m.\)

• Độ lớn cảm ứng từ của dây dẫn thẳng gây ra tại O :

\({B_1} = {2.10^{ - 7}}.\frac{I}{R}\)

\( \Rightarrow B = {2.10^{ - 7}}.\frac{4}{{{{6.10}^{ - 2}}}} = 1,{3.10^{ - 5}}T\)

• Phương và chiều như hình vẽ.

• Độ lớn cảm ứng từ của vòng tròn gây ra tại O :

\({B_2} = 2.\pi {.10^{ - 7}}.\frac{I}{R}\)

\( \Rightarrow B = 2.3,{14.10^{ - 7}}.\frac{4}{{{{6.10}^{ - 2}}}} = 4,{2.10^{ - 5}}T\)

• Phương và chiều như hình vẽ.

• Độ lớn cảm ứng từ tổng hợp tại O :

\(\vec B = \overrightarrow {{B_1}}  + \overrightarrow {{B_2}} \)

Mà \(\overrightarrow {{B_1}} ,\overrightarrow {{B_2}} \)  cùng chiều nên :

\( \Rightarrow B = {B_1} + {B_2} = 1,{3.10^{ - 5}} + {\rm{ }}4,{2.10^{ - 5}} = 5,{5.10^{ - 5}}T\)

Qua bài giảng Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu được cách xác định phương chiều và viết được công thức tính cảm ứng từ B của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài, dòng điện chạy trong dây dẫn tròn và dòng điện chạy trong ống dây.

• Vận dụng được nguyên lí chồng chất từ trường để giải các bài tập.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 11 Bài 21 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Một dây dẫn thẳng dài vô hạn mang dòng điện 10A đặt trong chân không sinh ra 1 từ trường tại điểm cách dây dẫn 50 cm có độ lớn cảm ứng từ là: 

  • A. \({3.10^{ - 6}}T\)
  • B. \({4.10^{ - 6}}T\)
  • C. \({5.10^{ - 6}}T\)
  • D. \({6.10^{ - 6}}T\)

• Câu 2:

  Một khung dây tròn bán kính 314 cm có 10 vòng dây quấn cách điện với nhau, đặt trong không khí, có dòng điện I chạy qua. Cảm ứng từ tại tâm khung dây là 2.10^-5 T. Cường độ dòng điện qua mỗi vòng dây là: 

  • A. \(100mA\)
  • B. \(100A\)
  • C. \(10mA\)
  • D. \(10A\)

• Câu 3:

  Một ống dây dài 25 cm có dòng điện 0,5 A chạy qua đặt trong không khí. Cảm ứng từ bên trong ống dây là 6,28.10^-3 T. Số vòng dây được quấn trên ống dây là: 

  • A. 1250 vòng      
  • B. 2000 vòng      
  • C. 5000vòng      
  • D. 3300 vòng      

• Câu 4:

  Độ lớn cảm ứng từ tại tâm một dòng điện tròn: 

  • A. Tỉ lệ với cường độ dòng điện.
  • B. Tỉ lệ với chiều dài đường tròn.
  • C. Tỉ lệ với diện tích hình tròn.
  • D. Tỉ lệ nghịch với diện tích hình tròn.

Câu 5- Câu 12: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 11 Bài 21 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 21.1 trang 52 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.2 trang 52 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.3 trang 52 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.4 trang 52 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.5 trang 53 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.6 trang 53 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.7 trang 53 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.8 trang 53 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.9 trang 53 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.10 trang 53 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.11 trang 54 SBT Vật lý 11

Bài tập 21.12 trang 54 SBT Vật lý 11

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý Chúng tôi sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!