BÀI TẬP VẬN DỤNG QUY TẮC NẮM TAY PHẢI
A. LÍ THUYẾT
- Đường sức từ bên ngoài ống dây có dòng điện chạy qua là những đường cong khép kín, bên trong lòng ống dây đường sức từ là những đường thẳng song song, cách đều nhau.
- Ống dây có dòng điện chạy qua được xem như là một nam châm. Hai đầu của nó cũng là hai cực từ: Đầu ống dây có các đường sức từ đi ra là cực Bắc, đầu có các đường sức từ đi vào là cực Nam.
- Quy tắc nắm tay phải: Nắm bàn tay phải, rồi đặt sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện chạy qua các vòng dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trong lòng ống dây.
B. CÁC DẠNG BÀI TẬP
Dạng 1: Xác định chiều đường sức từ hay chiều dòng điện của ống dây 1. Phương pháp giải
Bằng cách áp dụng quy tắc nắm tay phải ta có thể suy ra được:
- Chiều đường sức từ trong lòng ống dây khi biết chiều dòng điện qua ống dây.
- Chiều dòng điện trong ống dây khi biết chiều đường sức từ trong lòng ống dây khi có dòng điện chạy qua.
- Xác định được cực của các ống dây. Từ đó suy ra lực tương tác giữa chúng.
2. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Liên thực hành một thí nghiệm về từ trường. Thí nghiệm mà Liên thực hiện được mô tả như hình vẽ. Khi cho một dòng điện một chiều chạy qua ống dây, bạn Liên thấy kim nam châm bị đẩy ra xa B. Dòng điện đi qua ống dây có chiều như thế nào?
Hướng dẫn giải
- Do kim nam châm bị đẩy ra xa nên đầu B của ống dây là cực Bắc.
- Đường sức từ của ống dây đi ra từ đầu B của ống dây.
- Áp dụng quy tắc nắm tay phải suy ra chiều dòng điện qua cuộn dây có chiều từ A sang B.
Ví dụ 2: Trong hình vẽ sau, cực nào của kim nam châm hướng về đầu B của cuộn dây?
Hướng dẫn giải
- Dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm của nguồn điện.
- Áp dụng quy tắc nắm tay phải, đường sức từ hướng từ B sang A.
- Các đường sức từ đi ra từ cực Bắc, đi vào ở cực Nam. Vì vậy đầu B của ống dây là cực Bắc. Cực Nam của kim nam châm hướng về phía đầu B của ống dây
Ví dụ 3: Hai ống dây có dòng điện chạy qua được treo cạnh nhau như hình vẽ. Hai đầu A và B của hai ống dây hút nhau hay đẩy nhau?
Hướng dẫn giải
Áp dụng quy tắc bàn tay phải:
- Ống dây bên trái: Đường sức từ đi ra từ đầu A, đi vào đầu D của ống dây. Vì vậy đầu A là cực Bắc, đầu D là cực Nam.
- Ống dây bên phải: Đường sức từ đi ra từ đầu C, đi vào đầu B của ống dây. Vì vậy đầu C là cực Bắc, đầu B là cực Nam.
Vậy: Đầu A và đầu B của hai ống dây hút nhau.
Dạng 2: Xác định sự định hướng của kim nam châm thử khi đặt gần một ống dây có dòng điện chạy qua
1. Phương pháp giải
- Bước 1: Xác định chiều dòng điện trong ống dây
- Bước 2: Xác định chiều đường sức từ của ống dây theo quy tắc nắm tay phải.
- Bước 3: Xác định sự định hướng của nam châm thử theo quy tắc: Trục của kim nam châm thử trùng với tiếp tuyến của đường sức từ tại điểm đặt nó, chiều cực Bắc của nam châm thử trùng với chiều đường sức từ.
2. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Khi K mở kim nam châm thử định hướng như hình vẽ. Khi K đóng kim nam châm sẽ như thế nào? Minh họa bằng hình vẽ.
Hướng dẫn giải
- Khi K đóng, trong ống dây có dòng điện chạy qua có chiều từ cực dương sang cực âm của nguồn điện. Khi đó ống dây trở thành một nam châm điện
- Áp dụng quy tắc nắm tay phải:
+ Bên phải ống dây là cực Bắc vì đường sức từ đi ra.
+ Bên trái ống dây là cực Nam vì đường sức từ đi vào.
- Kim nam châm thử sẽ quay một góc 1800 và định hướng như hình vẽ sau:
Ví dụ 2: Trong hình vẽ sau có một kim nam châm bị vẽ sai chiều. Hãy chỉ ra đó là kim nam châm nào và vẽ lại cho đúng. Dùng quy tắc nắm tay phải xác định chiều dòng điện chạy qua các vòng dây.
Hướng dẫn giải
- Đầu B của cuộn dây là cực Bắc, đầu A là cực Nam.
- Kim số 5 bị vẽ sai chiều.
- Áp dụng quy tắc nắm tay phải dòng điện trong ống dây có chiều đi ra ở đầu dây B.
Vẽ lại:
C. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Bài 1: Cuộn dây của một nam châm điện được nối với nguồn điện mà tên các cực từ của nam châm điện được ghi trên hình. Hãy xác định các cực của nguồn điện.
Đáp án: A là cực âm, B là cực dương của nguồn điện.
Bài 2: Dùng quy tắc nắm tay phải xác định tên các cực từ của ống dây trong hình vẽ sau:
Đáp án: A là cực Bắc, B là cực Nam
Bài 3: Cuộn dây của một nam châm điện được nối với một nguồn điện. Hãy cho biết A là cực âm hay dương của nguồn điện để từ cực của nam châm như hình vẽ.
Đáp án: A là cực dương
Bài 4: Hai vòng dây có dòng điện được treo đồng trục và gần nhau. Nếu dòng điện chạy trong hai vòng dây có chiều như hình vẽ thì hai ống dây hút nhau hay đẩy nhau?
Đáp án: Nếu dòng điện chạy trong hai ống dây ngược chiều thì hai mặt gần nhau của hai ống dây tương ứng với hai cực từ cùng tên, khi đó hai ống dây sẽ đẩy nhau.
Bài 5: Có thể áp dụng quy tắc nắm tay phải cho trường hợp một vòng dây có dòng điện chạy qua không? Vòng dây (C) bị hút về phía nam châm như hình vẽ. Hãy xác định chiều dòng điện trong vòng dây (coi đường vẽ nét đứt là nửa vòng dây phía sau).
Đáp án:
- Có thể áp dụng được.
- Vì vòng dây và nam châm đang hút nhau nên mặt của vòng dây gần phía nam châm là cực Bắc. Chiều dòng điện được biểu diễn như hình vẽ sau:
Bài 6: Xác định tên các cực từ ở hai đầu M và N của ống dây trong hình vẽ dưới đây
Đáp án: M là cực Nam, N là cực Bắc
Bài 7: Một số chiếc ghim bị nam châm hút ở hai cực. Có thể khẳng định những chiếc ghim nói trên đã trở thành nam châm được không? Nếu được, hãy xác định tên từ cực của một trong số các nam châm đó.
Đáp án: Có thể khẳng định những chiếc ghim đã trở thành nam châm vì chúng được đặt trong từ trường của thanh nam châm. Các cực từ khác tên thì hút nhau, ta có thể viết tên cực từ của các nam châm như hình vẽ:
Bài 8: Trong hình vẽ dưới đây có một kim nam châm vẽ sai chiều. Hãy xác định xem kim nam châm đó là kim nam châm nào? Hãy vẽ lại và đồng thời chỉ chiều của dòng điện chạy qua ống dây.
Đáp án: Kim nam châm phía dưới vẽ sai
Bài 9: Hình vẽ dưới đây là một ống dây có dòng điện đi qua và một kim nam châm đặt ở gần nó. Hãy chỉ rõ tên các cực của ống dây, chiều dòng điện trên ống dây và vẽ một số đường sức từ của ống dây.
Đáp án: Cực Nam của kim nam châm bị hút về đầu bên phải của ống dây. Bên phải ống dây là cực Bắc, bên trái ống dây là cực Nam
Bài 10: Cạnh một ống dây người ta treo một thanh nam châm thẳng bằng một sợi dây dẻo.
Thanh nam châm đứng thăng bằng ở vị trí như trên hình 27. C và D là hai cực của một nguồn điện.
a) Khi ta nối A với C và B với D thì vị trí thanh nam châm sẽ như thế nào?
b) Khi ta nối A với D và B với C thì vị trí thanh nam châm sẽ như thế nào?
c) Khi ngắt mạch điện thì vị trí thanh nam châm sẽ như thế nào?
Đáp án:
a) Khi ta nối A với C và B với D thì dòng điện sẽ chạy trong ống dây theo chiều mũi tên (2). Áp dụng quy tắc nắm tay phải, đường sức từ của ống dây đi ra từ đầu T bên trái ống dây, đầu P của ống dây sẽ là cực Nam. Cực Nam (S) của nam châm bị đẩy ra xa ống dây, cực Bắc bị hút và sẽ đứng đối diện với cực Nam ở đầu P của ống dây.
b) Khi ta nối A với D và B với C, dòng điện sẽ chạy trong ống dây theo chiều mũi tên (1). Đường sức từ của ống dây đi ra từ
đầu P bên phải ống dây. Đầu P là cực Bắc của ống dây. Cực Nam (S) của nam châm bị ống dây hút và sẽ đứng đối diện với cực Bắc của ống dây.
c) Khi ngắt mạch điện, ống dây không còn từ tính nữa. Chỉ còn từ trường của Trái Đất tác dụng lên thanh nam châm. Nó sẽ trở lại vị trí ban đầu như trên hình 24.
Bài 11: Quan sát hình vẽ sau. Hãy xác định chiều của dòng điện chạy trong ống dây
Đáp án:
- Cực Bắc (N) của kim nam châm hướng về đầu D của ống dây. Vì vậy đầu D của ống dây là cực Nam, đầu C của ống dây là cực Bắc.
- Các đường sức từ đi ra từ cực Bắc, đi vào ở cực Nam. Vì vậy đường sức từ hướng từ đầu C sang đầu D của ống dây.
- Áp dụng quy tắc nắm tay phải, xác định được dòng điện chạy trong ống dây có chiều như hình vẽ sau:
Bài 12: Đặt một kim nam châm thử gần ống dây, khi K mở ta thấy kim nam châm định hướng như hình vẽ. Hiện tượng gì sẽ xảy ra khi khóa K đóng?
Đáp án:
- Khi K đóng, trong ống dây có dòng điện chạy qua có chiều từ cực dương sang cực âm của nguồn điện. Khi đó ống dây trở thành một nam châm điện.
- Áp dụng quy tắc bàn tay phải ta xác định được bên phải ống dây là cực Bắc và bên trái ống dây là cực Nam. Như vậy hai cực cùng tên sẽ đẩy nhau, kim nam châm thử sẽ quay một góc 1800 như hình vẽ sau:
