Từ Trường Là Gì? Tổng Hợp Công Thức Từ Trường Liên Quan

Từ trường là một môi trường vật chất bao quanh các hạt mang điện có sự chuyển động, từ trường gây ra lực và lực này tác động lên các vật có từ tính đặt trong nó. Bài viết sau đây sẽ giúp bạn hiểu cụ thể hơn về kiến thức liên quan đến chủ đề này. Mời cùng tìm hiểu!

Contents

• 1 Từ trường là gì?
  • 1.1 Khái niệm
  • 1.2 Nhận biết từ trường
  • 1.3 Ứng dụng của từ trường
• 2 Đường sức từ
  • 2.1 Khái niệm
  • 2.2 Từ trường đều
• 3 Cảm ứng từ là gì?
• 4 Từ trường của nam châm
  • 4.1 Từ trường của nam châm thẳng
  • 4.2 Từ trường của nam châm chữ U
• 5 Từ trường của dòng điện
  • 5.1 Từ trường của dòng điện thẳng
  • 5.2 Từ trường của dòng điện tròn
• 6 Phân biệt từ trường, điện trường, điện từ trường
• 7 Bài tập + sơ đồ kiến thức về từ trường

Từ trường là gì?

Khái niệm

Từ trường là một trường vật chất đặc biệt được sinh ra quanh các điện tích chuyển động hoặc do sự biến thiên của điện trường hay từ các mô men lưỡng cực từ như là nam châm.

• Hai nam châm hút nhau khi chúng đặt trong vùng từ trường của nhau.
• Tương tác giữa hai dòng điện song song cùng chiều sẽ hút nhau, ngược chiều thì đẩy nhau.
• Lực từ có thể tác động xuyên không gian.

Tính chất cơ bản của nó là gây ra lực từ tác dụng lên nam châm hoặc lên dòng điện đặt trong từ trường đó.

Nhận biết từ trường

Để phát hiện sự tồn tại của từ trường, người ta sử dụng kim nam châm để xác định. Nam châm trong trạng thái cân bằng sẽ luôn chỉ theo hướng Nam – Bắc. Những kim nam châm nhỏ dùng để phát hiện từ trường được gọi là nam châm thử.

Ứng dụng của từ trường

Việc tìm ra từ trường mang đến rất nhiều giá trị về cả nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tế trong đời sống:

– Máy điện quay: động cơ điện, các loại máy phát điện và nhiều loại máy móc tương tự.

– Máy điện tĩnh: Máy biến áp (máy biến thế), các  tụ điện,…

– Dụng cụ ứng dụng lực từ trường như: nam châm điện trong các cần cẩu thép, dây rơ le, cuộn dây đóng mở các van điện từ…

– Các dụng cụ trong đo đạc, thăm dò – phát tín hiệu: micro, cuộn dây đóng mở các van điện tử… và các đồ dùng tương tự.

– Ứng dụng về lực đẩy, lực cản của từ trường với các vật thể chuyển động: đệm từ trường trong xe lửa cao tốc, bộ cản dịu trong đồng hồ đo đạc…

– Khi tần số của cảm ứng từ lên một mức nhất định, nó sẽ phát ra ăng ten thành sóng điện từ. Từ đó, con người có ứng dụng Radio, TV, điện thoại di động,…

Đường sức từ

Khái niệm

Đường sức từ là các đường cong kín hoặc thẳng dài vô hạn nhưng chúng không bao giờ cắt nhau trong không gian xung quanh dòng điện và nam châm. Đường sức từ là đường biểu diễn mật độ của từ trường. Ta có: khi đường sức từ càng dày, độ lớn của từ trường càng lớn và người lại.

Quy ước: Tại 1 điểm bất kỳ trong từ trường của nam châm, chiều của đường sức từ theo hướng đi ra từ cực Bắc và đi vào ở cực Nam.

Người ta dùng thí nghiệm từ phổ để quan sát hình dạng của đường sức từ.

Từ trường đều

Từ trường đều là một từ trường có các đường sức từ song song, cùng chiều với nhau và khoảng cách đều nhau. Vì thế, trong 1 từ trường đều thì độ lớn cảm ứng từ sẽ luôn bằng nhau ở mọi điểm.

Cảm ứng từ là gì?

Cảm ứng từ là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tác dụng của lực từ trong một từ trường nào đó. Nói cách khác, cảm ứng từ là đại lượng biểu diễn cho độ lớn của từ trường, đơn vị của cảm ứng từ là Tesla (kí hiệu T).

1 Vectơ cảm ứng từ có phương tiếp tuyến với đường sức từ tại 1 điểm thì có chiều từ Nam sang Bắc của nam châm đặt lên nó.

Từ trường của nam châm

Từ trường của nam châm thẳng

Ở mặt ngoài nam châm thẳng, đường sức từ là những đường cong đối xứng nhau qua trục của thanh nam châm, chiều của các đường sức từ này đi ra từ cực Bắc và đi vào từ cực Nam.

Càng về gần đầu của thanh nam châm, đường sức từ càng mau hơn (từ trường càng mạnh hơn).

Từ trường của nam châm chữ U

Bên ngoai thanh nam châm chữ U, đường sức từ là những đường cong đối xứng qua trục thanh nam châm, đi ra từ cực Bắc và đi vào từ cực Nam.

Càng về gần đầu thanh nam châm chữ U, đường sức từ càng mau hơn (từ trường càng mạnh hơn).

Đường sức từ của từ trường trong khoảng giữa hai cực nam châm chữ U là những đường thẳng song song cách đều nhau, đây chính là vùng từ trường đều.

Có thể bạn quan tâm: Nhiễm từ là gì? Tại sao sắt nhiễm từ mạnh hơn thép Trọng lực là gì? Công thức tính và đơn vị đo của trọng lực

Từ trường của dòng điện

Từ trường của dòng điện thẳng

– Các đường sức từ của dòng điện thẳng là những đường nằm trong những mặt phẳng vuông góc với dòng điện, có tâm nằm trên dòng điện.

– Chiều của đường sức từ được xác định bằng quy tắc bàn tay phải: Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo chiều dây dẫn và chỉ theo đúng chiều dòng điện, các ngón khác khum lại (nắm lại) chính là biểu thị cho chiều của các đường sức từ.

Từ trường của dòng điện tròn

– Các đường sức từ của dòng điện tròn có chiều đi vào một mặt và đi ra ở mặt kia của dòng điện tròn ấy.

Đường sức từ ở tâm dòng điện tròn là một đường thẳng vuông góc với mặt dòng điện tròn đó.

Quy ước: mặt Nam của dòng điện tròn là mặt khi ta nhìn vào sẽ thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ, ngược lại là mặt Bắc.

– Các đường sức từ của dòng điện tròn có chiều đi vào ở mặt Nam và đi ra từ mặt Bắc.

Ta xác định chiều của đường sức từ tại tâm dòng điện tròn thông qua quy tắc nắm bàn ta phải: Khum bàn tay phải sao cho chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều dòng điện tròn, ngón tay cái choãi ra sẽ cho thấy chiều của đường sức từ qua tâm dòng điện tròn.

Phân biệt từ trường, điện trường, điện từ trường

– Điện trường là một mô hình tưởng tượng trong điện từ học để nói về môi trường vật chất đặc biệt bao quanh các điện tích. Điện trường sẽ tác dụng lực lên tất cả các hạt mang điện tích đặt trong nó, lực này gọi là lực điện.

– Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt sinh ra quanh các điện tích chuyển động hay hình thành do sự biến thiên của điện trường, hoặc từ các momen lưỡng cực từ.

=> Điện trường biến thiên sinh ra từ trường và ngược lại, một từ trường biến thiên sẽ sinh ra điện trường. Ta thấy hai trường biến thiên này có quan hệ mật thiết với nhau. Xét về mặt bản chất, điện trường cùng với từ trường là các biểu hiện riêng rẽ của một trường thống nhất gọi là điện từ trường.

Nói cách khác, điện từ trường là một trường thống nhất gồm hai thành phần điện trường biến thiên và từ trường biến thiên.

Bài tập + sơ đồ kiến thức về từ trường

Sau đây là một số câu hỏi trắc nghiệm về từ trường, cảm ứng từ, đường sức từ để các bạn cùng luyện tập (kèm đáp án).

Câu hỏi 1: Từ trường không tồn tại ở đâu?

A: Một nam châm và dòng điện không đổi đang đặt gần nhau

B: Hai thanh nam châm đặt gần nhau

C: Một nam châm và một thanh đồng sắt đang đặt gần nhau

D: Một nam châm và một thanh sắt đặt gần nhau

Đáp án đúng – C: khi đặt một thanh nam châm và một thanh đồng sắt gần nhau sẽ không tạo ra từ trường.

Câu hỏi 2: Khẳng định nào sau đây đúng:

A: Các cực cùng tên của nam châm sẽ đẩy và hút

B: Hai dòng điện không đổi, đặt song song và cùng chiều với nhau sẽ hút nhau

C: Các cực khác tên của một nam châm sẽ đẩy nhau

D: Nếu cực Bắc của một nam châm hút một thanh sắt thì cực Nam của nam châm đó sẽ đẩy thanh sắt

Đáp án đúng – B: Khi đặt hai dòng điện không thay đổi, song song song và cùng chiều với nhau thì chúng sẽ hút nhau.

Câu hỏi 3: Đáp án nào sâu đây là đúng nhất

A: Qua một điểm nằm trong không gian, ta chỉ vẽ được một đường sức từ

B: Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc là vô hạn ở hai đầu

C: Chiều của đường sức từ luôn tuân theo quy tắc xác định

D: Chỗ nào từ trường (hay điện trường) mạnh thì mô tả đường sức từ mau và chỗ nào từ trường (điện trường) yếu thì vẽ các đường sức từ thưa.

Đáp án đúng – B: Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc là vô hạn ở hai đầu

Câu hỏi 4: Xung quanh vật thể nào sau đây không phát ra từ trường?

A: Dòng điện không thay đổi

B: Hạt mang điện đang chuyển động

C: Hạt mang điện đang đứng yên

D: Nam châm hình chữ U

Đáp án đúng – C: Hạt mang điện đang đứng yên

Câu hỏi 5: Có hai thanh kim loại sắt bề ngoài giống nhau. Khi đem đặt chúng gần nhau ta thấy chúng hút nhau. Kết luận nào đúng dưới đây:

A: Đó là hai thanh nam châm

B: Có thể là hai thanh nam châm, cũng có thể là hai thanh sắt bình thường

C: Một thanh là nam châm và thanh còn lại là sắt

D: Có thể là hai thanh nam châm, cũng có thể là một thanh nam châm với một thanh sắt

Đáp án đúng – D: Hai thanh nam châm đặt gần nhau sẽ hút nhau, 1 thanh nam châm và 1 thanh sắt đặt gần nhau cũng có thể hút nhau.

Câu hỏi 6: Trong bức tranh các đường sức từ (thí nghiệm phổ từ), từ trường mạnh hơn được diễn tả bởi:

A: Các đường sức từ dày đặc hơn

B: Các đường sức từ cần như song song nhau

C: Các đường sức từ nằm cách xa nhau

D: Các đường sức từ nằm phân kỳ

Đáp án đúng – A

Câu hỏi 7: Từ trường của một thanh nam châm giống từ trường được tạo bởi…

A: Một vòng dây tròn có dòng điện chạy qua

B: Một ống dây có dòng điện chạy qua

C: Một nam châm hình móng ngựa (chữ U)

D: Một dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua

Đáp án đúng – B

Câu hỏi 8: Các đường sức từ quanh dây dẫn thẳng mang dòng điện không đổi chạy qua thì có dạng…

A: Các đường thẳng song song với dòng điện

B: Những vòng tròn đồng tâm với tâm đặt tại vị trí dòng điện chạy qua

C: Các đường thẳng vuông góc với dòng điện (như những ban hoa xe đạp)

D: Những đường xoắn ốc đồng trục với trục của dòng điện

Đáp án đúng – B

Câu hỏi 9: Tính chất cơ bản của từ trường là…

A: Gây ra lực hấp dẫn lên các vật đặt trong nó

B: Gây ra lực đàn hồi tác dụng lên các dòng điện và nam châm đặt trong nó

C: Gây ra lực biến đổi về tính chất điện của môi trường xung quanh

D: Gây ra lực từ tác dụng lên nam châm hoặc dòng điện đặt trong nó

Đáp án đúng – D

Câu hỏi 10: Từ phổ là gì?

A: Hình ảnh các đường mạt sắt biểu thị các đường sức từ của từ trường

B: Hình ảnh tương tác của hai thanh nam châm đặt gần nhau

C: Hình ảnh tương tác giữa dòng điện và thanh nam châm

D: Hình ảnh tương tác của hai dòng điện trong dây dẫn song song đặt gần nhau

Đáp án đúng – A

Trên đây là toàn bộ nội dung kiến thức liên quan đến từ trường. Mong rằng qua bài viết, bạn đọc có thể hiểu rõ hơn về chủ đề kiến thức vật lý này… Đừng quên ghé thăm Cẩm nang điện máy để cập nhật thêm nhiều nội dung bổ ích khác nhé!