Giải Câu hỏi trang 63 SGK Vật lí 12

Lời giải

Phân tích chung

Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường được xác định bằng:
$$F = BIl\sin\alpha$$
trong đó $\alpha$ là góc hợp bởi chiều dòng điện và đường sức từ.

Phương và chiều của lực từ $\vec{F}$ tuân theo quy tắc bàn tay trái: đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều dòng điện, thì ngón cái choãi ra $90^\circ$ chỉ chiều của lực từ. Lực từ luôn vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và đường sức từ.

Ở cả ba hình, các đường sức từ nằm ngang, hướng sang phải.

1. Lực từ ở Hình 15.4a và 15.4b

a) Hình 15.4a: Dòng điện $I$ chạy thẳng đứng từ dưới lên, các đường sức từ hướng sang phải; dòng điện vuông góc với từ trường ($\alpha = 90^\circ$).

Áp dụng quy tắc bàn tay trái: để lòng bàn tay trái hứng các đường sức từ (hướng sang phải), ngón giữa chỉ chiều dòng điện (hướng lên), thì ngón cái chỉ chiều lực từ hướng từ ngoài vào trong trang giấy (kí hiệu $\otimes$).

Vậy lực từ có phương vuông góc với mặt phẳng trang giấy, chiều đi vào trong trang giấy, độ lớn $F = BIl$.

b) Hình 15.4b: Dòng điện $I$ hướng vuông góc từ ngoài vào trong trang giấy ($\otimes$), các đường sức từ hướng sang phải; dòng điện vuông góc với từ trường ($\alpha = 90^\circ$).

Áp dụng quy tắc bàn tay trái: các đường sức từ đâm vào lòng bàn tay (sang phải), chiều dòng điện đi vào trong trang giấy, thì ngón cái chỉ chiều lực từ hướng thẳng đứng xuống dưới.

Vậy lực từ nằm trong mặt phẳng trang giấy, có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, độ lớn $F = BIl$.

2. Trường hợp Hình 15.4c

Dòng điện $I$ chạy nằm ngang, cùng phương (song song) với các đường sức từ nên góc hợp bởi chiều dòng điện và từ trường là $\alpha = 0^\circ$.

Khi đó:
$$F = BIl\sin 0^\circ = 0$$

Vậy không có lực từ tác dụng lên dây dẫn trong trường hợp này.

Từ ba trường hợp trên, ngoài cảm ứng từ $B$, cường độ dòng điện $I$ và chiều dài $l$ của đoạn dây, lực từ còn phụ thuộc vào góc $\alpha$ hợp bởi chiều dòng điện và hướng của từ trường (cụ thể là phụ thuộc $\sin\alpha$): lực từ lớn nhất khi dòng điện vuông góc với từ trường và bằng không khi dòng điện song song với từ trường.

Đáp số