Lực điện từ – Công thức, bài tập & giải đáp chi tiết

Lực điện từ, một trong những cột mốc quan trọng nhất trong lĩnh vực vật lý, không chỉ mở ra cánh cửa hiểu biết về thế giới tự nhiên mà còn là nền tảng cho vô số ứng dụng công nghệ. Để nắm vững kiến thức này, không có gì hiệu quả hơn việc tiếp cận thông qua công thức và bài tập.

Bài viết dưới đây sẽ cung cấp một hướng dẫn toàn diện về lực điện từ, từ công thức cơ bản đến các bài tập ứng dụng, kèm theo giải đáp chi tiết, giúp bạn không chỉ hiểu sâu mà còn có thể vận dụng linh hoạt vào thực tiễn.

Lực điện từ là gì? 

Lực điện từ là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên, bên cạnh lực hấp dẫn, lực hạt nhân yếu và lực hạt nhân mạnh. Lực điện từ là lực tương tác giữa các hạt mang điện, bao gồm cả electron, proton và neutron.  

Công thức tính lực điện từ

Công thức tính lực điện từ có hai dạng:

Dạng 1: F = BIlα

Trong đó:

• F là lực điện từ (N)
• B là cảm ứng từ tại điểm đặt phần tử dòng điện (T)
• I là cường độ dòng điện chạy qua phần tử dòng điện (A)
• l là chiều dài phần tử dòng điện (m)
• α là góc giữa vectơ cảm ứng từ B và vectơ chiều dài l của phần tử dòng điện (rad)

Dạng 2: F = BIsinα

Trong đó:

• F là lực điện từ (N)
• B là cảm ứng từ tại điểm đặt dây dẫn (T)
• I là cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn (A)
• s là chiều dài dây dẫn (m)
• α là góc giữa vectơ cảm ứng từ B và vecto pháp tuyến n của dây dẫn (rad)

Lưu ý: Lực điện từ có phương vuông góc với cả vecto cảm ứng từ B và vecto chiều dài l của phần tử dòng điện và lực điện từ có chiều tuân theo quy tắc nắm bàn tay trái.

Ví dụ: Một dây dẫn dài 10 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ 0,5 T. Dòng điện chạy qua dây dẫn là 2 A. Góc giữa dây dẫn và vecto cảm ứng từ là 30 độ. Tính lực điện từ tác dụng lên dây dẫn.

Giải:

• B = 0,5 T
• I = 2 A
• l = 10 cm = 0,1 m
• α = 30 độ

F = BIlα = 0,5 T * 2 A * 0,1 m * sin 30 độ = 0,05 N

=> Vậy, lực điện từ tác dụng lên dây dẫn là 0,05 N.

Chiều của lực điện từ, quy tắc bàn tay trái

Chiều của lực điện từ

Hướng của lực điện từ tác động lên dây dẫn được xác định bởi hướng dòng điện đi qua dây và hướng của các đường sức từ.

Có hai nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến hướng của lực điện từ đối với dây dẫn, bao gồm:

• Hướng mà dòng điện di chuyển trong dây dẫn.
• Hướng của đường sức từ xung quanh dây.

Quy tắc bàn tay trái

Quy tắc bàn tay trái là một quy tắc hữu ích để xác định chiều của lực điện từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường.

Cách thực hiện:

Bước 1: Đặt bàn tay trái sao cho: Lòng bàn tay hướng vuông góc với các đường sức từ. Chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng theo chiều của dòng điện trong dây dẫn.

Bước 2: Ngón tay cái choãi ra 90 độ sẽ chỉ ra chiều của lực điện từ tác dụng lên dây dẫn.

Lưu ý:

• Quy tắc bàn tay trái chỉ áp dụng cho trường hợp dây dẫn thẳng, dài.
• Khi áp dụng quy tắc, cần xác định đúng chiều của dòng điện và hướng của đường sức từ.
• Lực điện từ có phương vuông góc với cả dòng điện và đường sức từ.

Ví dụ:

Một đoạn dây dẫn AB đặt trong từ trường đều, có chiều dòng điện từ A đến B. Biết các đường sức từ hướng từ dưới lên trên. Áp dụng quy tắc bàn tay trái, ta xác định được chiều của lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn AB là từ trái sang phải.

Bài tập áp dụng của lực điện từ

Câu 1: Một dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường, không song song với đường sức từ thì:

A. Dây dẫn bị hút vào trong lòng từ trường.

B. Dây dẫn bị đẩy ra khỏi lòng từ trường.

C. Dây dẫn không bị tác dụng bởi lực nào.

D. Dây dẫn có thể bị hút hoặc đẩy tùy thuộc vào chiều dòng điện và chiều của đường sức từ.

Đáp án: D

Câu 2: Đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường. Dòng điện và từ trường có chiều vuông góc với nhau. Lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có đặc điểm gì?

A. Lực điện từ có phương vuông góc với cả đoạn dây dẫn và đường sức từ.

B. Lực điện từ có phương song song với đoạn dây dẫn.

C. Lực điện từ có phương song song với đường sức từ.

D. Lực điện từ có phương không xác định.

Đáp án: A

Câu 3: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 10cm đặt trong từ trường đều có B = 0,5 T. Dòng điện chạy qua dây dẫn có cường độ 2 A. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có độ lớn là:

A. 0,1 N.

B. 0,2 N.

C. 0,3 N.

D. 0,4 N.

Đáp án: B

Câu 4: Hai dây dẫn thẳng dài song song cách nhau 10cm đặt trong không khí. Dòng điện chạy qua hai dây dẫn có cùng cường độ 5 A. Lực từ tác dụng lên mỗi mét chiều dài của dây là:

A. 2.10^-5 N.

B. 4.10^-5 N.

C. 6.10^-5 N.

D. 8.10^-5 N.

Đáp án: C

Câu 5: Một khung dây hình chữ nhật có diện tích 100 cm², đặt trong từ trường đều có B = 0,2 T. Góc giữa mặt phẳng khung dây và đường sức từ là 30°. Từ thông qua khung dây là:

A .0,01 Wb.

B. 0,02 Wb.

C. 0,03 Wb.

D. 0,04 Wb.

Đáp án: B

Câu 6: Một electron bay vào trong một từ trường đều theo hướng vuông góc với đường sức từ. Lực Lorenxơ tác dụng lên electron sẽ:

A. Làm cho electron chuyển động theo quỹ đạo tròn.

B. Làm cho electron chuyển động theo quỹ đạo thẳng.

C. Làm cho electron chuyển động chậm lại.

D. Làm cho electron chuyển động nhanh lên.

Đáp án: A

Câu 7: Một proton bay vào trong một từ trường đều theo hướng vuông góc với đường sức từ. Lực Lorenxơ tác dụng lên proton sẽ:

A .Làm cho proton chuyển động theo quỹ đạo tròn.

B. Làm cho proton chuyển động theo quỹ đạo thẳng.

C. Làm cho proton chuyển động chậm lại.

D. Làm cho proton chuyển động nhanh lên.

Đáp án: A

Câu 8: Một hạt mang điện bay vào trong một từ trường đều theo hướng song song với đường sức từ. Lực Lorenxơ tác dụng lên hạt sẽ:

A. Bằng 0.

B. Làm cho hạt chuyển động theo quỹ đạo tròn.

C. Làm cho hạt chuyển động theo quỹ đạo thẳng.

D. Làm cho hạt chuyển động chậm lại.

Đáp án: A

Câu 9: Một hạt mang điện bay vào trong một từ trường đều theo hướng bất kỳ. Lực Lorenxơ tác dụng lên hạt sẽ:

A. Luôn vuông góc với vận tốc của hạt.

B. Luôn vuông góc với cảm ứng từ của từ trường.

C. Luôn cùng hướng với vận tốc của hạt.

D. Luôn ngược hướng với vận tốc của hạt.

Đáp án: A

Câu 10: Lực điện từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều:

A .Tỉ lệ với cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.

B. Tỉ lệ với cảm ứng từ của từ trường.

C. Tỉ lệ với chiều dài của đoạn dây dẫn.

D. Tỉ lệ đồng thời với cường độ dòng điện, cảm ứng từ và chiều dài của đoạn dây dẫn.

Đáp án: D

Câu 11: Một dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường, không song song với đường sức từ thì:

A. Dây dẫn bị hút vào nam châm.

B. Dây dẫn bị đẩy ra khỏi nam châm.

C. Dây dẫn không bị tác dụng bởi lực nào.

D. Dây dẫn có thể bị hút hoặc bị đẩy tùy thuộc vào chiều dòng điện và chiều của đường sức từ.

Đáp án: D

Câu 12: Đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua. Nắm tay phải sao cho ngón cái hướng theo chiều dòng điện, các đường sức từ chui vào lòng bàn tay. Khi đó, chiều của lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn được xác định bởi:

A. Ngón trỏ.

B. Ngón giữa.

C. Ngón áp út.

D. Ngón út.

Đáp án: A

Câu 13: Một khung dây dẫn hình chữ nhật, đặt trong từ trường đều có các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây. Khi cho dòng điện chạy qua khung dây thì:

A. Khung dây quay xung quanh trục song song với các đường sức từ.

B. Khung dây quay xung quanh trục vuông góc với mặt phẳng khung dây.

C. Khung dây không quay.

D. Khung dây có thể quay hoặc không quay tùy thuộc vào chiều dòng điện.

Đáp án: B

Câu 14: Một thanh nam châm có thể quay xung quanh một trục cố định nằm ngang. Khi đưa một ống dây dẫn có dòng điện chạy qua đến gần một đầu của thanh nam châm thì:

A. Thanh nam châm quay sang một vị trí cân bằng mới.

B. Thanh nam châm quay liên tục.

C. Thanh nam châm không quay.

D. Thanh nam châm có thể quay hoặc không quay tùy thuộc vào chiều dòng điện trong ống dây.

Đáp án: A

Câu 15: Một hạt mang điện tích dương chuyển động trong từ trường đều. Lực Lorenxơ tác dụng lên hạt sẽ:

A. Luôn vuông góc với vận tốc của hạt.

B. Luôn vuông góc với cảm ứng từ của từ trường.

C. Luôn cùng hướng với vận tốc của hạt.

D. Luôn ngược hướng với vận tốc của hạt.

Đáp án: A

Kết thúc chuyến hành trình khám phá lực điện từ qua các công thức và bài tập chi tiết, hy vọng rằng bạn đã trang bị cho mình kiến thức vững chắc và kỹ năng giải quyết vấn đề linh hoạt trong lĩnh vực này.

Lực điện từ không chỉ là chìa khóa mở cánh cửa của những hiểu biết sâu sắc về thế giới vật lý mà còn là nền tảng cho sự phát triển của nhiều công nghệ tiên tiến. Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn cái nhìn toàn diện và sâu sắc về lực điện từ, từ đó mở ra những khám phá mới trong hành trình học tập và nghiên cứu của bạn.