Công thức vật lý 11 chương 4: từ trường

$B=\frac{F}{Il}$

Phát biểu: Tại mỗi điểm trong không gian có từ trường xác định một vector cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$:

- Có hướng trùng với hướng của từ trường.

- Có độ lớn bằng $\frac{F}{Il}$, với $F$ là độ lớn của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện có độ dài $l$, cường độ $I$, đặt vuông góc với hướng của từ trường tại điểm đó.

Chú thích:

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$F$: lực từ $\left(N\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$l$: độ dài của phần tử dòng điện $\left(m\right)$

Quy tắc bàn tay trái:

Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra ${90}^0$ chỉ chiều của lực điện từ $F$.

$F=BIl\sin \alpha$

Phát biểu: Lực từ $\overrightarrow{F}$ tác dụng lên phần tử dòng điện $I\overrightarrow{l}$ đặt trong từ trường đều, tại đó cảm ứng từ là $\overrightarrow{B}$.

- Có điểm đặt tại trung điểm của $l$ $\left(M_1{M}_2\right)$.

- Có phương vuông góc với $\overrightarrow{l}$ và $\overrightarrow{B}$.

- Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái.

Chú thích:

$F$: lực từ tác dụng $\left(N\right)$

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$l$: độ dài của phần tử dòng điện $\left(m\right)$

Trong đó $\alpha$ là góc tạo bởi $\overrightarrow{B}$ và $\overrightarrow{l}$.

$B=2.{10}^{-7}\frac{I}{r}$

Phát biểu: Đường sức từ đi qua M là đường tròn nằm trong mặt phẳng đi qua M vuông góc với dây dẫn, có tâm O nằm trên dây dẫn. Vector cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tiếp xúc với đường tròn đó tại M, dẫn đến $\overrightarrow{B}$ vuông góc với mặt phẳng tạo bởi M và dây dẫn.

Chú thích:

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$r$: khoảng cách từ một điểm đến dây dẫn $\left(m\right)$

Quy tắc bàn tay phải:

$\overrightarrow{B}$ có chiều được hướng theo quy tắc nắm tay phải.

- Nắm bàn tay phải rồi đặt sao cho bốn ngón tay hướng theo đường sức từ trong lòng ống dây thì ngón cái choãi ra chỉ chiều của chiều dòng điện chạy qua các vòng dây.

$B=2\mathrm{\pi }.{10}^{-7}\mathrm{N}\frac{\mathrm{I}}{\mathrm{R}}$

Phát biểu: Các đường sức từ của dòng điện tròn là những đường cong có chiều đi vào mặt Nam, đi ra mặt Bắc của dòng điện tròn ấy. Trong số dó, có đường sức từ đi qua tâm O là đường thẳng vô hạn ở hai đầu. Cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tại tâm O có phương vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện và có chiều đi vào mặt Nam, đi ra mặt Bắc của dòng điện tròn đó.

Chú thích:

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$N$: số vòng dây sít nhau tạo nên khung dây tròn $\left(vòng\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$R$: bán kính của khung dây tròn $\left(m\right)$

$B=4\mathrm{\pi }.{10}^{-7}\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{l}}\mathrm{I}$

Phát biểu: Khi cho dòng điện cường độ $I$ đi vào dây dẫn, trong ống dây xuất hiện các đường sức từ là những đường thẳng song song và cách đều nhau. Nói cách khác, từ trường trong lòng ống dây là từ trường đều.

Chú thích:

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$N$: tổng số vòng dây 

$l$: độ dài hình trụ $\left(m\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Chú ý rằng $\frac{N}{l}=n$ là tổng số vòng dây quấn trên một đơn vị dài của lõi.

Vậy có thể viết lại công thức như sau:

$B=4\mathrm{\pi }.{10}^{-7}\mathrm{nI}$

$f=\frac{m{v}^2}{R}=\left|q_0\right|vB$

Phát biểu: Chuyển động của hạt điện tích là chuyển động phẳng trong mặt phẳng vuông góc với từ trường. Trong mặt phẳng đó, lực Lorentz luôn vuông góc với vận tốc $\overrightarrow{v}$, đồng thời đóng vai trò là lực hướng tâm. Quỹ đạo ở đây là một đường tròn.

Chú thích: 

$f$: lực Lorentz $\left(N\right)$

$m$: khối lượng của hạt điện tích $\left(kg\right)$

$v$: vận tốc của hạt $(m/s)$

$R$: bán kính của quỹ đạo tròn $\left(m\right)$

$q_0$: độ lớn điện tích $\left(C\right)$

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$R=\frac{mv}{\left|q_0\right|B}$

Phát biểu: Quỹ đạo của một hạt điện tích trong một từ trường đều, với điều kiện vận tốc ban đầu vuông góc với từ trường, là một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với từ trường.

Chú thích: 

$R$: bán kính của quỹ đạo tròn $\left(m\right)$

$m$: khối lượng của hạt điện tích $\left(kg\right)$

$v$: vận tốc của hạt $(m/s)$

$q_0$: độ lớn điện tích $\left(C\right)$

$B$: cảm ứng từ $\left(T\right)$

$f=\left|q_0\right|vB\sin \alpha$

Phát biểu: Lực Lorentz do từ trường có cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tác dụng lên một hạt điện tích $q_0$ chuyển động với vận tốc $\overrightarrow{v}$:

- Có phương vuông góc với $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$.

- Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay trái mở rộng sao cho các từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của $\overrightarrow{v}$$\left(M_1{M}_2\right)$ khi $q_0>0$ và ngược chiều $\overrightarrow{v}$$\left(M_1{M}_2\right)$khi $q_0<0$. Lúc đó, chiều của lực Lorentz là chiều ngón cái choãi ra.

Chú thích: 

$f$: lực Lorentz $\left(N\right)$

$q_0$: độ lớn hạt điện tích $\left(C\right)$

$v$: vận tốc của hạt điện tích $(m/s)$

$B$: cảm ứng từ của từ trường $\left(T\right)$

Trong đó: $\alpha$ là góc tạo bởi $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$.

Ứng dụng thực tế:

Lực Lorentz có nhiều ứng dụng trong khoa học và công nghệ: đo lường điện từ, ống phóng điện tử trong truyền hình, khối phổ kế, các máy gia tốc...

Hendrik Lorentz (1853 - 1928)