PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN KHUNG DÂY
1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Đường sức từ nằm ngang trong mặt phẳng khung
- Lực từ tác dụng lên hai đoạn dây AB và CD bằng 0 (vì AB và CD song song với đường sức từ).
- Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta thấy các lực từ tác dụng lên hai đoạn dây BC và DA như hình vẽ a. Hai lực này hợp thành một ngẫu lực và làm cho khung dây quay quanh trục OO'.
Đường sức từ vuông góc với mặt khung: Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta thấy các lực từ tác dụng lên khung dây như hình vẽ b. Các lực này không có tác dụng làm cho khung quay.
2. VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1: Khung dây hình chữ nhật có diện tích S = 25 cm2 gồm có 10 vòng nối tiếp có cường độ dòng điện I = 2A đi qua mỗi vòng dây. Khung dây đặt thẳng đứng trong từ trường đều có B = 0,3 T. Tính momen lực từ đặt lên khung dây khi:
a) Cảm ứng từ \(\vec B\) song song với mặt phẳng khung dây.
b) Cảm ứng từ \(\vec B\) vuông góc với mặt phẳng khung dây.
Giải
Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây N vòng là:
M = N.B.I.S.sinθ
a) Khi cảm ứng từ \(\vec B\) song song với mặt phẳng khung dây thì góc θ = 90° nên:
M = N.B.I.S = 15.10-3 (N.m)
b) Khi cảm ứng từ \(\vec B\) vuông góc với mặt phẳng khung dây thì góc θ = 0° nên:
N.B.I.S.sin 0° = 0
Ví dụ 2: Một khung dây có kích thước 2cm x 3cm đặt trong từ trường đều. Khung dây gồm 200 vòng. Cho dòng điện có cường độ 0,2A đi vào khung dây. Momem ngẫu lực từ tác dụng lên khung có giá trị lớn nhất bằng 24.10-4 Nm. Hãy tính cảm ứng từ của từ trường.
Giải
Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây N vòng là:
M = N.B.I.S.sinθ
Trong biểu thức trên ta thấy:
- N là số vòng dây luôn không đổi.
- B là từ trường đều và cũng không đổi trong quá trình khung quay.
- I là cường độ dòng điện chạy trong khung và được giữ cố định nên cũng không đổi.
- S là diện tích khung dây và diện tích này cũng không đổi khi khung quay.
- \(\theta = \widehat {\left( {\overrightarrow B ;\overrightarrow n } \right)}\) là góc hợp bởi giữa vecto cảm ứng từ và vecto pháp tuyến của mặt phẳng khung dây. Trong quá trình khung quay thì chỉ có đại lượng này thay đổi vì thế Mmax khi và chỉ khi sinθ = 1 nghĩa là \(\theta = \widehat {\left( {\overrightarrow B ;\overrightarrow n } \right)}\) = 90°.
Từ những lý luận trên ta có:
Mmax = NBIS
\(\Rightarrow B = \frac{{{M_{\max }}}}{{NI.S}} = \frac{{{{24.10}^{ - 4}}}}{{{{200.0,26.10}^{ - 4}}}} = 0,1(T)\)
3. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Bài 1: Khung dây hình chữ nhật ABCD có cạnh AB = CD = a = 10 cm, AD = BC = b = 5 cm, có dòng I2 = 2 A đi qua. Một dòng điện thẳng dài I1 = 4 A nằm trong mặt phẳng ABCD cách AB một khoảng d = 5 cm như hình vẽ. Tính lực từ tổng hợp do I1 tác dụng lên khung dây.
Đ/S: F = |F2 - F4| = 1,6.10-6 (N)
Bài 2: Khung dây hình chữ nhật kích thước AB = a = 10 cm, BC = b = 5 cm gồm có 20 vòng nối tiếp có thể quay quanh cạnh AB thẳng đứng. Khung dây có dòng I = 1A chạy qua và đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ nằm ngang hợp với pháp tuyến góc 30°, B = 0,5 T. Tính momen lực từ đặt lên khung dây.
Đ/S: Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây: M = 0,025 (Nm)
...
------(Nội dung tiếp theo của tài liệu, các em vui lòng đăng nhập để xem online hoặc tải về máy)-----
Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp giải bài tập Lực từ tác dụng lên khung dây dẫn môn Vật Lý 11 năm 2020. Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
