Câu hỏi 1: Dây dẫn mang dòng điện có thể tương tác từ với bao nhiêu vật trong số các vật sau?
- 1. Điện tích chuyển động.
- 2. Nam châm đứng yên.
- 3. Điện tích đứng yên.
- 4. Nam châm chuyển động.
Câu hỏi 2: Đường sức từ có dạng các đường thẳng, song song, cùng chiều, cách đều nhau có thể xuất hiện trong trường hợp nào trong bốn trường hợp sau?
- 1. Xung quanh dòng điện thẳng.
- 2. Trong lòng nam châm chữ U.
- 3. Xung quanh nam châm thẳng.
- 4. Trong lòng ống dây mang dòng điện.
Câu 1 — Đáp án đúng là 3: dây dẫn mang dòng điện tương tác từ với 3 vật là điện tích chuyển động, nam châm đứng yên và nam châm chuyển động. Vì chỉ những vật tạo ra từ trường mới tham gia tương tác từ, nên dây dẫn mang dòng điện không tương tác với điện tích đứng yên.
Câu 2 — Đáp án đúng là 4: trong lòng ống dây mang dòng điện. Vì đường sức thẳng, song song, cùng chiều, cách đều là đặc trưng của một từ trường đều, và lòng ống dây chính là nơi tạo ra từ trường đều.
Vì sao dây dẫn mang dòng điện tương tác từ với đúng 3 vật
Dây dẫn có dòng điện chạy qua tạo ra một từ trường xung quanh nó, nên mọi vật tự tạo được từ trường — tức nam châm hoặc vật mang điện tích chuyển động — đều có thể tương tác từ với dây. Xét lần lượt từng vật:
- Điện tích chuyển động: một điện tích chuyển động chính là một “dòng điện” nhỏ, tự tạo ra từ trường riêng. Từ trường này và từ trường của dây dẫn tác dụng lẫn nhau nên xuất hiện lực từ, cũng giống như hai dây dẫn song song mang dòng điện có thể hút hoặc đẩy nhau.
- Nam châm đứng yên: nam châm luôn mang từ trường cho dù đứng yên. Hai từ trường — của nam châm và của dây dẫn — tương tác với nhau. Đây chính là hiện tượng thí nghiệm Ô-xtê-rét cho thấy: dòng điện làm kim nam châm đặt gần đó bị lệch.
- Nam châm chuyển động: nam châm chuyển động vẫn là nam châm, vẫn mang từ trường, nên tương tác từ với dây dẫn vẫn tồn tại. Sự chuyển động chỉ làm từ thông qua vùng dây dẫn biến đổi chứ không làm mất lực từ.
Cả ba vật trên đều là nguồn từ trường nên đều tương tác từ với dây dẫn; chỉ điện tích đứng yên là ngoại lệ duy nhất.
Vì sao các trường hợp còn lại không đúng
Ở câu 1, vật bị loại là điện tích đứng yên: dây dẫn mang dòng điện không tương tác với điện tích đứng yên, vì điện tích đứng yên chỉ tạo ra điện trường tĩnh mà không tạo ra từ trường; không có từ trường thì không thể có lực từ. Đây cũng là chỗ bẫy dễ gặp: thấy chữ “điện tích” là nghĩ ngay đến tương tác với dòng điện, nhưng phải là điện tích đang chuyển động mới sinh ra từ trường.
Ở câu 2, ba trường hợp bị loại vì hình dạng đường sức không thẳng và không đều:
- Xung quanh dòng điện thẳng: đường sức từ là những đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn — cong, không phải đường thẳng.
- Trong lòng nam châm chữ U: đường sức tập trung nhiều gần hai cực, bị cong và dày – thưa không đều, không tạo thành hệ thẳng song song cách đều như yêu cầu đề. Đây là phương án dễ nhầm nhất.
- Xung quanh nam châm thẳng: đường sức đi ra từ cực Bắc và khép lại ở cực Nam theo các đường cong, cho thấy từ trường không đều.
Hệ thống kiến thức liên quan
Về nguồn gốc tương tác từ: dòng điện và nam châm là hai nguồn từ trường cơ bản. Thí nghiệm Ô-xtê-rét (dòng điện làm kim nam châm lệch) chứng tỏ dòng điện tác dụng lực từ lên nam châm; ngược lại, nam châm cũng tác dụng lực từ lên dây dẫn mang dòng điện. Muốn có tương tác từ, luôn cần ít nhất một yếu tố là điện tích chuyển động hoặc một nam châm.
Về đường sức từ: đây là công cụ giúp hình dung từ trường. Đường sức từ không cắt nhau; ngoài nam châm, chúng đi ra khỏi cực Bắc và đi vào cực Nam. Dạng đường sức phụ thuộc vào nguồn sinh ra từ trường:
- Dòng điện thẳng: các đường tròn đồng tâm bao quanh dây dẫn.
- Nam châm thẳng: các đường cong bao quanh nam châm, dày ở gần hai cực.
- Ống dây mang dòng điện: bên trong ống, các đường sức gần thẳng, song song, cùng chiều và cách đều — biểu thị một từ trường đều.
Từ trường đều là từ trường có từ cảm tại mọi điểm bằng nhau và cùng chiều; chính vì vậy nó được biểu diễn bằng các đường sức thẳng, song song, cùng chiều, cách đều nhau.
Mẹo ghi nhớ nhanh
Để giải nhanh dạng câu hỏi loại trừ về tương tác từ, nhớ nguyên tắc “có chuyển động của điện tích mới có từ trường”: đứng yên thì chỉ có lực điện, chuyển động mới xuất hiện thêm lực từ. Vì thế, trong danh sách các vật, loại ngay vật vừa “đứng yên” vừa “không phải nam châm”.
Với dạng câu hỏi về đường sức từ, ghi nhớ bộ dấu hiệu “thẳng – song song – cùng chiều – cách đều” = từ trường đều = trong lòng ống dây mang dòng điện. Mọi nguồn cho đường sức tròn (dòng điện thẳng) hoặc đường sức cong ra – vào hai cực (nam châm) đều tạo từ trường không đều.
Bài viết liên quan: