NỘI DUNG BÀI 26: TỪ TRƯỜNG
1. Tương tác từ
a) Tương tác giữa hai nam châm. Từ lâu người ta đã biết các nam châm tương tác với nhau: các cực cùng tên của hai nam châm đẩy nhau, các cực khác tên hút nhau (H.26.1). Tương tác giữa hai nam châm với nhau gọi là tương tác từ.
b) Tác dụng của dòng điện lên nam châm. Đến đầu thế kỉ 19, Ơcxtet, nhà vật lí người Đan Mạch (1777 - 1851), đã phát hiện dòng điện cũng tác dụng lên một kim nam châm đặt gần nó (H.26.1). Thí nghiệm này có ý nghĩa rất lớn. Nó chứng tỏ rằng chẳng những nam châm tác dụng lên nam châm mà dòng điện cũng có khả năng tác dụng lên nam châm. Điều đó có nghĩa là nam châm (từ) và dòng điện (điện) có mối liên quan với nhau.
c) Tác dụng giữa hai dòng điện. Ta hãy làm thí nghiệm như trên hình 46.3. Khi không có dòng điện chạy trong các dây dẫn AB và chuyển động thì các dây dẫn này ở vị trí như các đường rời nét. Nhưng khi cho dòng điện chạy qua thì chúng ở vị trí như các đường liền nét trên hình 26.3. Điều đó có nghĩa là khi hai dây dẫn mang dòng điện đặt gần nhau chúng sẽ tương tác với nhau (hai dây dẫn mang hai dòng điện ngược chiều thì đẩy nhau (H.26.3a), hai dòng điện cùng chiều thì hai dây dẫn đó hút nhau (H.26.3b)).
Thí nghiệm này chứng tỏ không phải dòng điện chỉ tác dụng lên nam châm mà nó còn có thể tác dụng lên một dòng điện khác. Điều đó một lần nữa lại chứng tỏ rằng hiện tượng từ và hiện tượng điện có liên quan với nhau.
d) Khái niệm tương tác từ. Trước kia người ta nghĩ rằng các hiện tượng điện và hiện tượng từ là những hiện tượng độc lập với nhau, có bản chất khác hẳn nhau. Nhưng sau thí nghiệm Ơcxtet người ta đã thay đổi quan niệm. Hện tượng vật lí học cho rằng tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa nam châm với dòng điện là có cùng bản chất. Vì vậy các tương tác nói trên đều được gọi chung là tương tác từ và lực tương tác trong các trường hợp trên được gọi là lực từ.
e) Tương tác điện và tương tác từ. Hai hạt mang điện gần nhau thì giữa chúng bao giờ cũng có tương tác điện nhưng không phải bao giờ cũng có tương tác từ. Ta hãy làm thí nghiệm sau đây. Bỏ đoạn dây nối AC trong hình 26.3b để cho dây AB có dòng điện còn dây chuyển động chỉ có điện tích đứng yên (H.26.3c). Khi đó không có lực từ tác dụng lên dây dẫn. Điều đó chứng tỏ rằng chỉ khi cả hai dây dẫn AB và chuyển động cùng có dòng điện, nghĩa là có dòng êlectrôn tự do di chuyển trong dây dẫn thì giữa chúng mới có tương tác từ. Nhiều thí nghiệm chứng tỏ tương tác từ chỉ xảy ra giữa các hạt mang điện chuyển động và không có liên quan đến điện trường của các điện tích.
2. Khái niệm từ trường
a) Khi khảo sát tương tác từ giữa hai dòng điện cũng nảy sinh câu hỏi tương tác như khi khảo sát tương tác điện. Các dòng điện hay nói chính xác hơn là các hạt mang điện chuyển động tương tác với nhau như thế nào?
Ngày nay người ta nói rằng tác dụng từ của dòng điện thứ nhất lên dòng điện thứ hai đặt gần nó là nhờ một dạng vật chất phân bố liên tục, tồn tại xung quanh dòng điện thứ nhất. Dạng vật chất đó gọ là từ trường. Từ trường luôn luôn gắn liền với dòng điện, cũng như điện trường luôn luôn gắn liền với điện tích.
Tính chất cơ bản của từ trường là nó tác dụng lực (lực từ) lên dòng điện, lên nam châm, hay nói tổng quát là lên các hạt mang điện chuyển động trong nó. Dựa vào tính chất này mà người ta nhận biết được sự có mặt của từ trường và khảo sát các đặc trưng của nó.
Dựa vào những điều vừa nói ta có thể trả lời câu hỏi nêu ở trên như sau: dòng điện thứ hai đặt trong từ trường của dòng điện thứ nhất và từ trường này đã tác dụng lực từ lên dòng điện thứ hai.
Từ trường của dòng điện thứ hai cũng tác dụng lên dòng điện thứ nhất, vì dòng điện thứ nhất đặt trong từ trường của nó.
b)Nguồn gốc gây ra từ trường của dòng điện là các hạt mang điện chuyển động. Từ trường của nam châm cũng có cùng nguồn gốc như trên.
c) Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh hạt mang điện chuyển động và tác dụng lực từ lên hạt mang điện khác chuyển động trong đó.
Điện tích đứng yên là nguồn gốc của điện trường tĩnh. Các điện tích chuyển động vừa là nguồn gốc của điện trường vừa là nguồn gốc của từ trường.
d) cảm ứng từ. Cảm ứng từ là đại lượng vectơ. Khi nam châm thử nằm cân bằng ở các điểm khác nhau trong từ trường thì nói chung nó định hướng khác nhau. Điều đó gọi ý ta coi: Phương của vectơ cảm ứng từ tại một điểm trùng với trục của nam châm thử, còn chiều của vectơ cảm ứng từ là chiều từ cực nam sang cực bắc của nam châm thử nằm cân bằng tại điểm đó.
Độ lớn của vectơ cảm ứng từ, do thói quen ta thường nói gọn là cảm ứng từ. Vectơ cảm ứng từ được kí hiệu
3.. Đường sức từ
Một trong những phương pháp mô tả từ trường một cách trực quan, cụ thể, là phương pháp hình học. Phương pháp đó được rút ra từ sự quan sát tác dụng của từ trường lên nam châm thử và sự định hướng của nam châm thử trong từ trường.
Một nam châm thử là một kim nam châm nhỏ và ngắn có thể quay tự do xung quanh một đường thẳng, chẳng hạn kim nam châm trong la bàn hay đơn giản hơn là một kim nam châm nhỏ được treo bằng một sợi chỉ không xoắn.
Thí nghiệm (H.26.5). Đặt lần lượt một số nam châm thử tại cùng một điểm gần một nam châm thẳng và ghi lại vị trí định hướng của các nam châm thử sau khi đã nằm cân bằng. Thí nghiệm cho biết ở một điểm nhất định, bất kì một nam châm thử nào nằm cân bằng tại đó cũng đều định hướng như nhau
- Đặt một nam châm thử ở nhiều điểm khác nhau gần một nam châm thẳng, ta nhận thấy nam châm thử định hướng khác nhau (H. 26.5). Nếu quan sát sự định hướng của nam châm thử đặt ở những điểm rất gần nhau thì ta thấy rằng hướng của nó ở những điểm đó cũng gần giống nhau.
Từ nhận xét đó ta thấy rằng trong từ trường ta có thể vẽ được những đường cong sao cho tại bất kì điểm nào trên đường cong trục của nam châm thử cân bằng cũng tiếp tuyến với đường cong ấy, chẳng hạn đường cong NABCS trên hình 26.5.
Ngoài ra nếu chú ý đến các vị trí của nam châm thử đặt tại nhiều điểm khác nhau trên cùng một đường cong vẽ được như trên thì sự định hướng của nam châm thử đều theo một trật tự nhất định. Chẳng hạn hình 26.5 a) nếu di chuyển theo chiều NABCS trên đường cong đó thì bao giờ ta cũng đi từ cực nam sang cực bắc của nam châm thử.
Các đường cong vẽ được như trên còn có chiều xác định. Ta quy ước chiều của đường cong vẽ được là chiều từ cực nam sang cực bắc của nam châm thử đặt cân bằng tại bất kì điểm nào trên đường cong.
Ta gọi các đường cong vẽ được như vừa nói trên (kể cả chiều) là các đường sức từ.
Vậy ta hiểu các đường sức từ là đường cong mà tiếp tuyến với nó ở mỗi điêm trùng vời trục nam châm thử tại đó.
Các đường sức là những đường cong kín.
Đối với từ trường của một nam châm các đường sức từ bao giở cũng đi ra từ cực bắc và đi vào ở cực nam của nam châm đó.
Tại bất kì điểm nào trong từ trường ta cũng có thể vẽ một và chỉ một đường sức từ qua điểm đó.
Các đường sức từ không cắt nhau.
Nơi nào cảm ứng từ lớn hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ mau hơn (dày hơn), nơi nào cảm ứng từ nhỏ hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ thưa hơn.
c . Từ phổ
Rắc mạt sắt lên một tấm bìa cứng và đặt tấm bìa trên một nam châm. gõ nhẹ tấm bìa ta thấy các mạt sắt tự sắp xếp lại thành các đoạn đường cong xác định. Hình ảnh được tạo bởi các mạt sắt gọi là từ phổ của từ trường đang xét. Các “đường cong mạt sắt” cho ta hình ảnh các đường sức từ.
Dựa vào từ phổ thu được ta có thể biết gần đúng về dạng và sự phân bố các đường sức từ của từ trường.
Trong trường hợp từ trường đều các đường sức từ là những đường thẳng song song cách đều nhau.
Nhìn vào từ phổ của nam châm hình móng ngựa ta có thể phán đoán rằng từ trường trong phạm vi đủ nhỏ ở khoảng giữa hai cực nam châm là từ trường đều. Các thí nghiệm chính xác đã xác nhận điều đó.
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
