Bài 21: Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt

Xung quanh một dây dẫn có dòng điện tồn tại một từ trường. Tại một điểm trong không gian đó, vectơ cảm ứng từ
$\vec{B}$
xác định từ trường phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Từ thực nghiệm, kết quả cho thấy rằng, cảm ứng từ
$\vec{B}$
tại một điểm M:

– Tỉ lệ với cường độ dòng điện I gây ra từ trường
– Phụ thuộc vào dạng hình học của dây dẫn
– Phụ thuộc vào vị trí của điểm M
– Phụ thuộc vào môi trường xung quanh (chân không hoặc không khí)

Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài

Hình dạng của đường sức từ

Đường sức từ là những đường tròn đồng tâm nằm trên những mặt phẳng vuông góc với dây dẫn. Tâm là giao điểm giữa dây dẫn và mặt phẳng.

Chiều của đường sức từ

Tuân theo quy tắc nắm tay phải được phát biểu như sau:

Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của các đường sức từ.

Độ lớn của cảm ứng từ

Cảm ứng từ của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện và tỉ lệ nghịch với khoảng cách r=OM từ M đến dây dẫn:

Trong đó:

– I tính ra ampe (A),

– r tính ra mét (m),

– B tính ra tesla (T).

Hệ quả:

Khi có hai dòng điện I₁ và I₂ chạy trong hai dây dẫn thẳng dài, song song, cách nhau một đoạn r thì từ trường của dòng I₁ sẽ tác dụng lên mỗi đoạn l của dòng I₂ một lực từ là:

$F = B_{1} I_{2} l \sin 90 ° = 2 . 10^{- 7} \frac{I_{1} I_{2} l}{r}$

Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn

Hình dạng của đường sức từ

Đường sức từ là những đường cong khép kín và đi qua tâm vòng dây là đường thẳng.

Chiều của đường sức từ

Mặt Nam của dòng điện tròn là mặt khi nhìn vào ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ, còn mặt Bắc thì ngược lại.
Các đường sức từ của dòng điện tròn có chiều đi vào mặt Nam và đi ra từ mặt Bắc của dòng điện tròn ấy.

Độ lớn của cảm ứng từ

Với R là bán kính của khung dây tròn. Nếu khung dây tròn tạo bởi N vòng dây sít nhau thì:

Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ

Hình dạng của đường sức từ

Trong ống dây, các đường sức từ là những đường thẳng song song cùng chiều và cách đều nhau.

Nói cách khác, từ trường trong lòng ống dây là đều.

Chiều của đường sức từ

Chiều của các đường sức từ của ống dây dẫn hình trụ có thể được xác định bằng quy tắc nắm tay phải:

Tưởng tượng dùng bàn tay phải nắm lấy ống dây sao cho các ngón trỏ, ngón giữa,… hướng theo chiều dòng điện; khi đó ngón cái choãi ra cho ta chiều của các đường sức từ.

Độ lớn của cảm ứng từ

Trong đó:

– N là tổng số vòng dây
– l là độ dài hình trụ
– n là số vòng dây quấn trên một đơn vị độ dài của lõi

Từ trường của nhiều dòng điện

Từ trường do nhiều dòng điện gây ra tuân theo nguyên lí chồng chất:

Vectơ cảm ứng từ tại một điểm do nhiều dòng điện gây ra bằng tổng các vectơ cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra tại điểm đó.

Định nghĩa đơn vị ampe

Người ta đưa ra định nghĩa đơn vị ampe của cường độ dòng điện, một đơn vị cơ bản của hệ SI như sau:

Ampe là cường độ của dòng điện không đổi khi chạy trong hai dây dẫn thẳng dài, song song, có tiết diện nhỏ, đặt cách nhau 1 m trong chân không, thì mỗi mét chiều dài của mỗi dây chịu tác dụng của một lực từ bằng 2.10^-7 N.