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

Phương trình / Quy luật áp dụng: Dây dẫn có dòng điện → Từ trường

Giải thích chuẩn SGK: Dữ kiện A2.1 + A2.2 + A2.3 SGK: Xung quanh dây dẫn có dòng điện luôn tồn tại một từ trường (Oersted 1820), từ trường tuy không nhìn thấy nhưng tồn tại khách quan; các hạt mạt sắt trong từ trường bị từ hóa thành những kim nam châm nhỏ, sau khi gõ nhẹ tấm kính sẽ sắp xếp thành chuỗi dọc theo đường sức từ — nhờ đó có thể hiển thị hình dạng từ trường.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Thí nghiệm Oersted chứng tỏ xung quanh dòng điện tồn tại từ trường (tác dụng từ của dòng điện).

Phương trình / Quy luật áp dụng: B̂ ⊥ r̂, B̂ tiếp tuyến dọc theo đường tròn quanh trục

Giải thích chuẩn SGK: Nguyên văn A2.7 SGK: Đường sức từ của dòng điện thẳng là những đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn và có tâm nằm trên dây dẫn; các đường sức từ là những đường cong kín, hình vẽ trên mặt giấy chỉ là một mặt phẳng cắt ngang trong họ các đường tròn không gian đó.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Bẫy hay gặp trong đề thi: Nhầm tưởng đường sức từ xung quanh dây dẫn thẳng hướng dọc theo bán kính ra ngoài (A7.2).

Phương trình / Quy luật áp dụng: B̂ = Î × r̂

Giải thích chuẩn SGK: Nguyên văn A2.7 SGK: Dùng bàn tay phải nắm lấy dây dẫn sao cho ngón cái choãi ra chỉ theo chiều dòng điện, khi đó bốn ngón tay khum lại chỉ chiều của đường sức từ; khi đổi chiều dòng điện thì chiều từ trường tại mọi điểm đều đổi sang chiều ngược lại. Biểu diễn bằng tích vô hướng: B̂·(Î×r̂) đổi từ +1 sang −1.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Quy tắc nắm tay phải luôn dùng bàn tay phải; vai trò của ngón cái và bốn ngón tay hoán đổi cho nhau giữa hai trường hợp “nắm dây dẫn thẳng” và “nắm vòng dây/ống dây” (A7.3, A7.12).

Phương trình / Quy luật áp dụng: B ∝ I / r

Giải thích chuẩn SGK: Dữ kiện A2.4 SGK: Nơi nào từ trường mạnh thì đường sức từ vẽ mau (dày), nơi nào từ trường yếu thì đường sức từ vẽ thưa; cảm ứng từ B của dây dẫn thẳng dài tỉ lệ nghịch với khoảng cách đến dây dẫn (kiến thức chuẩn), r tăng gấp đôi → B giảm một nửa. Giá trị này cũng có thể đối chiếu với bảng độ lớn cảm ứng từ ở SGK tr.110: 20 μT chỉ bằng 0.40 lần giá trị trung bình của từ trường Trái Đất (50 μT).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Khoảng cách tăng gấp 2 lần thì cảm ứng từ B của dòng điện thẳng dài giảm còn 1/2.

Phương trình / Quy luật áp dụng: B̂ · n̂ = +1 (tại tâm vòng dây)

Giải thích chuẩn SGK: Dữ kiện A2.8 + Hình 13.1-9 SGK: Đường sức từ của dòng điện tròn là những đường cong kín, đi xuyên ra từ một mặt của vòng dây và vòng trở lại đi vào mặt kia; áp dụng dạng thứ hai của quy tắc nắm tay phải — khum bốn ngón tay bàn tay phải theo chiều dòng điện chạy trong vòng dây, ngón cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ đi qua tâm trên trục vòng dây (trong bài học này hướng về đầu +x).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Chiều từ trường tại tâm dòng điện tròn được xác định bằng quy tắc nắm tay phải (A7.6).

Phương trình / Quy luật áp dụng: B₀ = μ0 N I /(2R)

Giải thích chuẩn SGK: Nguyên văn A4.5 SGK: “Ống dây có dòng điện chạy qua có thể coi như gồm nhiều vòng dòng điện tròn mắc nối tiếp với nhau”: đóng góp của mỗi vòng dây tại tâm đều cùng chiều và cộng hưởng với nhau, nên cảm ứng từ B tỉ lệ thuận với số vòng dây N (B₀ = μ0NI/(2R), công thức chuẩn), trong khi hình dạng đường sức từ không đổi.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Giữ nguyên cường độ dòng điện, khi số vòng dây tăng gấp đôi thì cảm ứng từ B tại tâm tăng gấp đôi.

Phương trình / Quy luật áp dụng: B(z) = B₀/(1+(z/R)²)^{3/2}

Giải thích chuẩn SGK: Trên toàn bộ trục vòng dây đều có B̂ = n̂ (cùng một hướng, chỉ giảm dần độ lớn): B(z) = B₀/(1+(z/R)²)^{3/2}. Tại z = R hệ số là 0.354 (25.13 → 8.89 μT), tại z = 2R chỉ còn 0.089 lần.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra: Dựa vào chiều dòng điện để xác định chiều từ trường tại các điểm nằm trên trục vòng dây (A7.14②).

Phương trình / Quy luật áp dụng: B_trong = μ0 n I (n = N/L)

Giải thích chuẩn SGK: Dữ kiện A2.8 + A2.15 + Bài tập 6 SGK: Từ trường bên ngoài ống dây có dòng điện rất giống từ trường của một nam châm thẳng, còn bên trong ống dây gần như là từ trường đều (các đường sức từ là những đường thẳng song song cách đều nhau); bên trong ống dây đường sức từ đi từ cực Nam (S) sang cực Bắc (N), vì vậy đầu mà ngón cái chỉ tới (đầu +x) chính là cực Bắc (N). Tại đúng miệng ống chỉ có nửa phía trong đóng góp nên cảm ứng từ xấp xỉ bằng một nửa ở tâm (0.51 lần).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm kiểm tra (Bài tập 6 SGK): Từ trường bên trong ống dây mạnh hơn ở ngoài miệng ống, căn cứ nhận biết là mật độ đường sức từ.

Phương trình / Quy luật áp dụng: B(miệng ống) / B(tâm) = 0.51

Giải thích chuẩn SGK: Bài kiểm tra tổng kết kiến thức: vị trí có độ lớn bằng một nửa giá trị ở tâm chính là miệng ống dây — ba tính chất “bên trong đều, miệng ống bằng một nửa, bên ngoài giống nam châm thẳng” hội tụ trên cùng một thiết bị; việc so sánh mạnh yếu luôn dựa vào độ mau thưa của đường sức từ (Bài tập 6 SGK).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Cách trả lời đạt điểm tối đa trong bài thi: Đường sức từ bên trong ống dây dày (mau) hơn → từ trường bên trong mạnh hơn; Cực Bắc (N) là đầu mà đường sức từ bên trong ống dây hướng tới.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Những đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn. SGK tr.106: Đường sức từ của dòng điện thẳng là những đường tròn đồng tâm nằm trong những mặt phẳng vuông góc với dây dẫn.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Chiều của từ trường tại mỗi điểm. SGK tr.106: Khi đổi chiều dòng điện thì chiều từ trường tại mọi điểm đều đổi sang chiều ngược lại; độ lớn và hình dạng đường sức không đổi (B̂·(Î×r̂) đổi từ +1 sang −1).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Dọc theo trục hướng lên trên (về phía người quan sát). Quy tắc nắm tay phải cho vòng dây: khum bốn ngón tay theo chiều dòng điện ngược chiều kim đồng hồ thì ngón cái choãi dọc theo trục hướng về phía người quan sát — cách xác định ở Bài tập 5 SGK (A7.14②).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Hướng xuống dưới (−z). Quy tắc nắm tay phải quanh dây dẫn: chiều đường sức từ quay cùng chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên xuống tương ứng với ngón cái chúc xuống dưới, tức dòng điện hướng theo chiều −z (phương pháp suy ngược ở Bài tập 4 SGK, A7.14①).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Bên trong mạnh hơn vì các đường sức từ bên trong dày (mau) hơn. Bài tập 6 SGK: Bên trong ống dây các đường sức từ rất mau, còn ở gần miệng ống và bên ngoài các đường sức từ thưa dần rất nhanh, độ mau thưa của đường sức từ biểu thị độ mạnh yếu của từ trường (số đọc trong bài là 8128 μT so với 4156 μT).