Dòng điện, điện tích, từ trường, lực từ

Kiến thức về dòng điện, điện tích, từ trường, lực từ

Năm 1819, một nhà khoa học người Đan Mạch tên là Hans Christian Oersted (1777–1851) đã phát hiện ra mối quan hệ giữa từ tính và dòng điện , hay điện tích chuyển động . Ông nhận thấy rằng khi kim la bàn ở gần một dây dẫn có dòng điện chạy qua, nó sẽ bị lệch. Khi không có dòng điện, kim la bàn sẽ chỉ về hướng bắc.

Kim la bàn là một nam châm, vì vậy lực từ có thể làm nó di chuyển . Lực từ (F) đến từ đâu? Gần kim la bàn có một dây dẫn mang dòng điện, vì vậy dòng điện phải tạo ra lực từ.

Hãy nhìn vào hình bên phải. Sử dụng quy tắc bàn tay phải để xác định chiều của dòng điện và chiều của từ trường. Nếu dòng điện (I) chuyển động hướng lên trên, chiều của từ trường (B) sẽ như hình bên trái. Ngược lại, nếu dòng điện chuyển động hướng xuống dưới, chiều của từ trường sẽ như hình bên phải.

Từ trường tác dụng một lực lên dây dẫn có dòng điện chạy qua.

Dòng điện có thể tác dụng lực lên kim la bàn từ tính. Vậy nam châm có thể tác dụng lực lên dòng điện không?

Giả sử có một dây dẫn mang dòng điện giữa cực bắc và cực nam của một nam châm. Mũi tên từ cực bắc đến cực nam chỉ hướng của từ trường. Mũi tên màu đỏ chỉ hướng của dòng điện (I) và mũi tên màu xanh chỉ hướng của lực từ (F).

Hướng của lực từ F vuông góc với hướng của dòng điện I và vuông góc với hướng của từ trường B. Sử dụng quy tắc bàn tay phải để tìm hướng của dòng điện, hướng của từ trường và hướng của lực từ.

Phương trình sau đây thể hiện mối quan hệ giữa lực từ, dòng điện và từ trường.

F = BI l sin θ

F là ký hiệu của lực từ, B là ký hiệu của từ trường, I là ký hiệu của dòng điện, l là ký hiệu của chiều dài dây dẫn trong từ trường.

θ là góc giữa hướng dòng điện và hướng từ trường. Nếu dòng điện vuông góc với từ trường (90 ^° ) thì giá trị của sin 90° = 1, do đó công thức thay đổi thành F = BI l; ngược lại, nếu dòng điện song song với từ trường (0 ^° ) thì giá trị của sin 0° = 0, do đó lực từ bằng 0.

Để tính toán từ trường, công thức trên được thay đổi thành: B = F / I l.

Đơn vị quốc tế của lực từ là Newton (viết tắt là N), đơn vị quốc tế của từ trường là Tesla (viết tắt là T). Tesla được đặt theo tên của nhà phát minh và vật lý người Serbia-Mỹ, Nikola Tesla (1856-1943). Dựa trên công thức từ trường ở trên, từ trường cũng có thể được biểu thị bằng đơn vị Newton trên Ampe mét (N/A m). Bên cạnh Tesla, từ trường cũng được biểu thị bằng đơn vị Gauss (G). Gauss được đặt theo tên của nhà toán học, thiên văn học và vật lý người Đức, Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855). 1 G = ^10⁻⁴ T.

Lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động trong từ trường

Từ trường có thể tác dụng lực từ lên dây dẫn mang dòng điện. Dòng điện là điện tích chuyển động, vì vậy từ trường cũng có thể tác dụng lực từ lên các điện tích chuyển động tự do, chứ không chỉ lên dây dẫn.

Công thức tính lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động trong từ trường được suy ra từ công thức lực từ trước đó F = BI l sin θ . Vì I = q/t và l = vt, công thức lực từ thay đổi thành

Mô tả công thức: F = lực từ, B = từ trường, q = điện tích, v = tốc độ di chuyển của vật tải, θ = góc giữa v dan B

Nếu v vuông góc với B sau đó θ = 90^o , trong đó sin 90^o = 1. Mặt khác, nếu v song song với B sau đó θ = 0^o, trong đó sin 0^o = 0. Vì vậy, lực từ có giá trị cực đại khi v vuông góc với B và lực từ bằng không khi v song song với B.

Hướng của lực từ F vuông góc với từ trường B và vuông góc với vận tốc của điện tích v.