Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường đều (Có lời giải)

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường đều (Có lời giải)

1. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN KHUNG DÂY MANG DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG ĐỀU 1. Phương pháp chung - Phân tích lực từ tác dụng lên từng đoạn dây của khung dây. Từ đó tính lực tổng hợp tác dụng lên khung hoặc momen lực tác dụng lên khung. - Nếu dây gồm N vòng, độ lớn của lực từ sẽ tăng lên N lần. - Momen lực được xác định bởi: M F.l N.m trong đó: F là lực làm cho khung quay. l là độ dài cánh tay đòn. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Khung dây hình chữ nhật có AB a 10 cm, BC b 5 cm gồm 20 vòng dây nối tiếp với nhau có thể quay quanh cạnh AB thẳng đứng, khung có dòng điện 1 A chạy qua và đặt trong từ trường đều có   B nằm ngang, B,n 30 , B 0,5 T. Tính mômen lực tác dụng lên khung. A. 5.10 2 N.m.B. 2,5.10 2 N.m. C. 10 2 N.m.D. 3.10 2 N.m. Lời giải Ta có: M NIBS sin 20.1.0,5.0,1.0,05.sin 30 2,5.10 2 N.m Vậy momen lực từ đặt lên khung là 2,5.10 2 (N.m) Đáp án B. Ví dụ 2: Dòng điện có cường độ I1 4 A chạy trong dây dẫn thẳng dài. Khung dây dẫn ABCD đồng phẳng với dòng I1 có AB CD 10 cm, AD BC 5 cm. AB song song với I1 và cách I1 5cm. Dòng điện chạy qua khung ABCD là I2 2 A. Xác định lực từ tổng hợp tác dụng lên khung. A. 3,2.10 6 N.B. 1,6.10 6 N.C. 2.10 6 N. D. 1,5.10 6 N. Lời giải + Từ trường do dòng I1 gây nên tại các vị trí nằm trên cạnh khung dây và có chiều hướng vào mặt phẳng  nên cảm ứng từ B có chiều từ ngoài vào trong hay mang dấu (+) + Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây được xác định dựa trên quy tắc bàn tay trái      + Hợp lực tác dụng lên khung dây: F F1 F2 F3 F4 (với F1 trên AD, F2 trên DC, F3 trên CB, F4 trên AB)   + Do tính chất đối xứng nên lực từ gây ra tại AD và BC bằng nhau và F1  F3   F1 F3 0 7 I1I2 F2 2.10 . .a 6 d AD F2 1,6.10 N + Ta có: 6 7 I I F 3,2.10 N F 2.10 . 1 2 .a 4 4 d   6 + Vì F2  F4 F F2 F4 1,6.10 N Đáp án B.