- Định nghĩa lực từ là gì?
- Biểu thức tổng quát của lực từ
- Vai trò của lực từ
- Tính chất của lực từ
- Công thức tính lực từ
- Ứng dụng của lực từ
Định nghĩa lực từ là gì?
Lực từ là lực của từ trường tác dụng lên một vật mang điện tích chuyển động (có thể là khung dây, đoạn dây, vòng dây trong có điện…) hoặc lên một dòng điện. Lực từ có thể là lực hút hoặc lực đẩy. Từ trường được tạo ra bởi dòng điện hoặc các vật thể có từ tính. Lực tương tác giữa nam châm với nam châm hoặc giữa dòng điện với nam châm được gọi là lực từ.
Từ trường đều là từ trường mà đặc điểm của nó giống nhau tại mọi điểm, các đường sức từ là các đường thẳng cùng chiều và song song với nhau và được đặt cách đều nhau.
Cách xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện: Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều có phương vuông góc với các đường sức từ và vuông góc với đoạn dây dẫn, có độ lớn phụ thuộc vào từ trường và cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.
Biểu thức tổng quát của lực từ
Lực từ $\overrightarrow{F}$ tác dụng lên đoạn dây dẫn l mang dòng điện I đặt trong từ trường đều, tại đó có cảm ứng từ là $\overrightarrow{B}$:
- Có điểm đặt tại trung điểm của l.
- Có phương vuông góc với $\overrightarrow{l}$ và $\overrightarrow{B}$.
- Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái xòe rộng, sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ, chiều từ cổ tay đến các ngón tay giữa chỉ chiều dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra 90 độ chỉ chiều của lực từ.
- Có độ lớn là F = B.I.l.sinα (α là góc tạo bởi $\overrightarrow{B}$ và l)
Trong đó:
B là cảm ứng từ (đơn vị là Tesla - T)
I là cường độ dòng điện (A)
l là chiều dài của sợi dây (m)
α là góc tạo bởi hướng của vecto cảm ứng từ và hướng dòng điện.
Vai trò của lực từ
Lực từ là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên, cùng với lực hấp dẫn, lực điện và lực hạt nhân yếu. Lực từ có ý nghĩa quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của vũ trụ. Lực từ thể hiện mối quan hệ tương tác giữa các vật thể mang điện tích chuyển động.
Trong khoa học, lực từ có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc của nguyên tử, phân tử, vật chất từ,... Lực từ cũng được sử dụng để nghiên cứu các hiện tượng thiên văn, chẳng hạn như sự hình thành và hoạt động của sao, hành tinh,...
Trong kỹ thuật, lực từ có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo ra các thiết bị và máy móc, giúp cuộc sống của chúng ta trở nên dễ dàng và tiện nghi hơn.
Tính chất của lực từ
- Lực từ có hướng vuông góc với hướng của đường sức từ và hướng của vận tốc của vật mang điện tích (hướng theo quy tắc bàn tay trái)
- Lực từ có độ lớn tỉ lệ thuận với cường độ từ trường, độ lớn của điện tích và vận tốc của vật mang điện tích. Giữa hai cực của một nam châm hình chữ U có thể tạo ra một từ trường đều.
Công thức tính lực từ
F = B.I.L.sin θ
Trong đó:
F là lực từ (N)
B là cảm ứng từ (T)
I là cường độ dòng điện (A)
L là chiều dài đoạn dây dẫn (m)
θ là góc giữa hướng của dòng điện và đường sức từ (rad)
Ứng dụng của lực từ
- Chuyển động của nam châm
- Chuyển động của điện từ
- Chuyển động của dòng điện trong mạch điện
- Sử dụng lực từ trong các thiết bị điện tử, như loa, máy phát điện, động cơ điện,...
- Sản xuất thiết bị điện tử: loa, máy tính, điện thoại,...
- Công nghệ thông tin: ổ cứng, đầu đọc thẻ,...
- Hàng không vũ trụ: la bàn, nam châm vĩnh cửu,...