Bài giảng bài từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt vật lý 11 (5)

TRƯỜNG THPT KHÁNH AN
TỔ: TOÁN – LÝ – TIN

VẬT LÝ 11

BÀI 21:
TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN
CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ
HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT


KIỂM TRA BÀI CŨ

Câu 1. Hãy cho biết đường sức từ của dòng điện thẳng dài?

Câu 2. Hãy cho biết đường sức từ trong lòng của một dòng điện tròn?

Câu 3. Hãy cho biết hướng của từ trường tại một điểm trong vùng không
gian có từ trường?
Từ đó hãy cho biết mối liên hệ về phương và chiều giữa véc tơ cảm ứng
từ và đường sức từ tại điểm đó?


KIỂM TRA BÀI CŨ

Đáp án
Câu 1. Đường sức từ của dòng điện thẳng dài là những
đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với dòng điện,
có tâm nằm trên dòng điện, có chiều được xác định theo quy
tắc nắm bàn tay phải.
Câu 2. Đường sức từ trong lòng của một dòng điện tròn đi

vào ở mặt Nam và đi ra ở mặt Bắc.
Câu 3. Hướng của từ trường tại một điểm trong vùng không
gian có từ trường trùng với hướng Nam – Bắc của kim nam
châm nhỏ đặt tại điểm đó

Mối liên hệ về phương và chiều giữa véc tơ cảm ứng từ và
đường sức từ tại một điểm:
=> Cảm ứng từ tại một điểm có phương tiếp tuyến với
đường sức từ, và cùng chiều với đường sức từ tại điểm đó.


Kết quả thí nghiệm từ phổ của từ trường dòng điện chạy
trong ống dây hình trụ

Ống dây trụ tròn chưa
có dòng điện

Ống dây trụ tròn có

dòng điện


Đường sức từ ở ngoài ống dây giống đường sức
từ của nam châm thẳng

S

N

Nam châm thẳng

Từ phổ của từ trường dòng điện
trong ống dây dẫn hình trụ


Ống dây trụ tròn có dòng điện chạy qua


Dòng điện là nguyên nhân gây ra từ trường
trong không gian xung quang nó. Đối với một
dòng điện chạy trong một dây dẫn có hỡnh
dạng nhất định vectơ cảm ứng tại một điểm (M)
cho trước phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Thực nghiệm và lí thuyết chứng tỏ rằng:
cảm ứng từ do một dòng điện tạo ra tại một điểm M
+ TØ lÖ víi cêng ®é dßng ®iÖn I g©y ra tõ trêng;

+ Phô thuéc vµo d¹ng hình häc cña d©y;
+ Phô thuéc vµo vÞ trÝ ®iÓm (M);
+ Phô thuéc vµo m«i trêng xung quanh


1. Dòng điện chạy 2. Dòng điện chạy
trong dây dẫn uốn
trong dây dẫn
thành vòng tròn
thẳng dài

3. Dòng điện chạy trong
ống dây dẫn hỡnh trụ

I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.

* Phân tích

I

O

r

B
M


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.

* Phân tích
* Kết luận: Cảm ứng từ do dũng
điện thẳng dài tạo ra tại một điểm
cỏch dũng điện một đoạn r :
B Có :

+ Điểm đặt: Tại điểm đang xét.
+ Phương: Trùng với tiếp tuyến

I

O

của đường sức tại điểm đó.
+ Chiều: cùng chiều với đường sức tại điểm đó.
7 I
+ Độ lớn: B  2.10
r
Với I: cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn (A)
r: Khoảng cách từ dòng điện đến điểm ta xét (m)

r

B
M


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
Ví dụ 1: Hình 21.2 a sách giáo khoa.

Xỏc định phương và chiều cảm ứng từ tại M và N của dũng điện
trong dõy dẫn PQ nằm trong mặt phẳng hỡnh vẽ?

P

Tại M:

BM

Có:

Phương : Nằm ngang vuông

góc

với mặt phẳng hình vẽ

BM

BN



M

Chiều : Từ trong ra ngoài

N
Tại N:

I
Q

BN

Có:

Phương : Nằm ngang vuông
với mặt phẳng hình vẽ

Chiều : Từ ngoài vào trong

góc


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
Ví dụ 1:
Ví dụ 2: Hình 21.2 b sách giáo khoa

Xỏc định chiều của dũng điện trong dõy dẫn P Q?

BN



N

I

P

Q
BM
M


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
Ví dụ 1:
Ví dụ 2:
Ví dụ 3: Trong không khí có một dòng điện thẳng dài có cường độ là 1A . Hãy

tính cảm ứng từ tại một điểm cách dòng điện 10 cm.

Giải:

Ta có: I = 1A; r = 10cm = 0,1m

I
B  2.10
Áp dụng công thức
r
7 1
6
B

2.10

2.10
(T )

0,1
7

Vậy cảm ứng từ tại một điểm cách dòng điện 10 cm là 2.10-6 (T).


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
II. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN.

I

BO
O

Mặt Nam

R


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
II. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN.

Vậy cảm ứng từ tại tâm O của dòng điện tròn có:
+ Điểm đặt: Tại tâm O của dòng điện

I

+ Phương: Vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện

+ Chiều: Theo quy tắc vào Nam – ra Bắc
+ Độ lớn: B  2 .107

I
R

BO
O

Với I là cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn tròn (A)

R là bán kính khung dây (m)
Nếu khung dây gồm N vòng dây sít nhau thì:

I
B  2 .10 N
R
7

Mặt Nam

R


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
II. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN.

Ví dụ 4:
Hãy xác định phương, chiều của véc tơ cảm ứng từ tại tâm O của dòng điện
hình tròn có cường độ I, có chiều như hình vẽ

I
Véc tơ cảm ứng từ tai O có:

BO
O

Mặt bắc

+ Phương: Vuông góc với mặt phẳng hình vẽ

R

+ Chiều: Từ trong ra ngoài

I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
II. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN.

Ví dụ 5:
Một dòng điện có cường độ 5A được uốn thành một vòng
tròn. Tại tâm O của dòng điện, người ta đo được độ lớn
của cảm ứng từ là 31,4.10-6(T). Lấy   3.14

Hãy xác định đường kính của dòng điện khi đó.
Giải

I

BO

R

O

Ta có: I = 5A; B =

31,4.10-6(T).

Đường kính dòng điện là

D = 2R (*)

Áp dụng công thức: B  2 .107

I
R

5
I
 R  2 .10
 2.3,14.
B
31, 4.106
7

 0,1(m)

Mặt Nam

Thay R = 0,1m vào phương trình (*) ta dược đường kính của dòng điện là 0,2m


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
II. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN.
III. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG ỐNG DÂY DẪN HÌNH TRỤ.

* Nhận xét.
* Kết luận.

Từ trường trong lòng ống dây hình trụ là từ trường đều.

* Véc tơ cảm ứng từ trong lòng ống dây hình trụ có đặc tính như nhau tại mọi điểm.
* Có phương: trùng với trục của ống dây.

* Có chiều: theo quy tắc vào Nam – ra Bắc.
* Có độ lớn: B  4 .107

N
I
l

Hay B  4 .107 n.I

N: Tổng số vòng dây trên ống dây.

l : Là chiều dài của ống dây (m)
n: số vòng dây trên 1 mét chiều dài của ống dây.


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
II. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN.
III. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG ỐNG DÂY DẪN HÌNH TRỤ.

Ví dụ 6:
Người ta muốn tạo ra từ trường có cảm ứng từ 250.10 -5 (T) bên trong lòng của
một ống dây hình trụ. Dòng điện chạy trong dây dẫn là 2A. Chiều dài ống dây là
50cm. Hỏi người đó cần phải quấn bao nhiêu vòng dây?

Giải:
Ta có: B = 250.10-5(T); I = 2(A);
Áp dụng công thức

B  4 .107

l  50cm  0,5m

Bl
N
I N
4 .107.I
l

250.105.0,5
 500(vòng)
N 
7
4 .10 .2
Vậy người đó cần phải quấn 500 vòng dây trên ống dây đó.


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
II. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN.
III. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG ỐNG DÂY DẪN HÌNH TRỤ.
IV. TỪ TRƯỜNG CỦA NHIỀU DÒNG ĐIỆN

Nguyên lí chồng chất từ trường
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 đó.

B  B1  B2  B3  ...


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
II. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN.

III. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG ỐNG DÂY DẪN HÌNH TRỤ.
IV. TỪ TRƯỜNG CỦA NHIỀU DÒNG ĐIỆN

Bài tập ví dụ: Trang 132 sách giáo khoa

I1

o1

I2

M

B2

B

B1

o2


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
II. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN.
III. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG ỐNG DÂY DẪN HÌNH TRỤ.
IV. TỪ TRƯỜNG CỦA NHIỀU DÒNG ĐIỆN

Bài tập ví dụ: Trang 132 sách giáo khoa

II11

o1
o1

II22

M

B2

BB1M

B2

B1

o2
o2


I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI.
II. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VÒNG TRÒN.
III. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG ỐNG DÂY DẪN HÌNH TRỤ.
IV. TỪ TRƯỜNG CỦA NHIỀU DÒNG ĐIỆN

Bài tập ví dụ: Trang 132 sách giáo khoa

B2
M

I1

BM

I21
B1


Bài tập ví dụ: Cho dòng điện I1 =I2=6A, chạy trong hai dây dẫn
thẳng dài song song, cách nhau 15cm như hình vẽ. Xác định cảm
ứng từ tại điểm M nằm trong mặt phẳng chứa 2 dây dẫn và cách đều
2 dây.
B2
M

I1

HD:

I2

B1

+ Tính B1, B2

+ Biểu diễn
+

B1

B2

B1 = B2 + B2

+ Nếu 2 vec-tơ cùng phương:
* Cùng chiều: BM=B1+B2
* ngược chiều: BM= B1-B2


CỦNG CỐ
Từ trường của dòng điện thẳng :

I
B = 2.10
r
-7

Từ trường của dòng điện tròn :
-7 I
B = 2 .10
R
Từ trường của dòng điện trong ống dây :
-7 N
-7
B = 4 .10
.I = 4 .10 n.I
l
Câu hỏi : Cảm ứng từ B tại một điểm trong từ trường của dòng điện
phụ thuộc vào những yếu tố nào?