Định luật bàn tay trái là gì? Công thức tính bàn tay trái (chi tiết nhất)

Bài viết Định luật bàn tay trái là gì? Công thức tính bàn tay trái với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Định luật bàn tay trái là gì? Công thức tính bàn tay trái.

Định luật bàn tay trái là gì? Công thức tính bàn tay trái (chi tiết nhất)

(199k) Xem Khóa học Vật Lí 12 KNTTXem Khóa học Vật Lí 12 CDXem Khóa học Vật Lí 12 CTST

1. Quy nắm tay phải được hiểu là gì?

Quy tắc nắm tay phải: được xác định chiều dòng điện cảm ứng, trong một dây dẫn chuyển động trong một từ trường. Nắm bàn tay phải rồi đặt sao cho bốn ngón tay hướng theo đường sức từ. Trong lòng ống dây thì ngón cãi choãi ra chỉ chiều của chiều dòng điện chạy qua các vòng dây.

Sử dụng quy tắc nắm tay phải:

- Quy tắc nắm tay phải để xác định chiều của dòng điện khi biết chiều của cảm ứng từ, hoặc xác định chiều của cảm ứng từ khi biết chiều của dòng điện.

Ứng dụng quy tắc nắm tay phải: Quy tắc nắm tay phải được sử dụng trong điện từ học. Quy tắc xác định chiều dòng điện cảm ứng trong một dây dẫn chuyển động trong từ trường:

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

- Nắm bàn tay phải sao cho ngón cái choãi ra nằm dọc theo dây dẫn I, khi đó ngón cái chỉ theo chiều dòng điện về điểm Q, các ngón tay còn alij khum theo chiều đường sức từ trên đường tròn tâm O (O nằm trên dây dẫn I).

Công thức tính độ lớn cảm ứng từ: B = 2.10 - 7.$\frac{I}{r}$

Trong đó: độ lớn cảm ứng từ tại điểm cần xác định I: cường độ dòng điện của dây dẫn r: khoảng cách từ điểm cần xác định đến dây dẫn (m).

- Xác định từ trường của dòng điện trong dây dẫn uốn thành vòng tròn:

Đường sức từ đi qua đường dẫn uốn thành vòng tròn có 2 loại: đường sức từ đi qua tâm O của vòng tròn dây dẫn điện là đường thẳng dài vô hạn; Những đường sức từ còn lại là những đường cong đi vào từ mặt nam và đi ra từ mặt bắc của dòng điện đó.

Công thức tính độ lớn cảm ứng từ tại tâm O của vòng dây:

B = 2.10 - 7.π.N.$\frac{I}{r}$

TRong đó:

B: độ lớn cảm ứng từ tại điểm cần tính

N : số vòng dây dẫn điện

I: cường độ dòng điện (A)

r: bán kinh vòng dây (m).

- Xác định từ trường của dòng điện chạy trong ống dây hình trụ: Dây dẫn điện quấn quanh ống dây hình trụ. Trong ống dâu các đường sức từ là những đường thẳng song song khi đó chiều của đường sức từ được xác định theo quy tắc nắm tay phải như sau:

Nắm bàn tay phải rồi đặt sao cho chiều khum bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện quấn trên ống dây khi đó ngón cái choãi ra chỉ hướng của đường sức từ. Đường sức từ đi vào từ mặt nam và đi ra mặt bắc của ống dây đó. Công thức tính độ lớn cảm ứng từ trong lòng ống dây:

B = 4.10 - 7.π.N.$\frac{I}{r}$

Trong đó:

B là độ lớn cảm ứng từ tại điểm cần tính;

N là số vòng dây dẫn điện;

I là cường độ dòng điện (A);

r là bán kính vòng dây (m);

I là chiều dài của ống dây hình trụ (m).

2. Quy tắc bàn tay trái được hiểu như thế nào?

Quy tắc bàn tay trái là quy tắc đinh hướng của lực do một từ trường tác động lên một đoạn mạch có dòng điện chạy qua và đặt trong từ trường.

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 độ chỉ chiều của lực điện từ.

QUy tắc này dựa trên cơ sở lực từ tác động lên dây dẫn theo biểu thức toán học:

F = I dl x B

Trong đó: F là lực từ

I là cường độ dòng điện

dl là véc tơ có độ dài bằng độ dài đoạn dây điện hướng theo chiều dòng điện

B là véc tơ cảm ứng từ tường

Phương của lực F là phương của tích véc to của dl và B, và do đó có thể xác định theo quy tắc bàn tay trái như trên.

Cũng có thể xác định phương của F theo quy tắc nắm tay phải.

3. Lý thuyết, quy tắc bàn tay trái (định luật Fleming)

Là quy tắc trong điện động học và được từ học được tìm ra bởi nhà vật lý học người Anh John Ambrose Fleming.Ở quy tắc này xác định hướng của lực, dòng điện, cực từ trong các trường hợp liên quan đến dây dẫn và từ tích hợp

Quy tắc này được dựa trên cơ sở lực từ tác động lên dây điện theo biểu thức toán học:

F= I dl x B

Trong đó:

F: là lực từ

I: là cường độ dòng điện

dl: là vectơ sở hữu độ dài đoạn dây điện và hướng theo chiều dòng điện

B: là véc tơ cảm ứng từ trường

Phương của lực F: là phương của tích vectơ dl và B nên do đó sở hữu thể xác định theo quy tắc bàn tay trái như trên

Cũng sở hữu thể xác định phương của F theo quy tắc nắm tay phải

Cách thực hiện: Đặt bàn tay trái sao cho nhưng đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay tới ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay loại choãi ra 90° chỉ chiều của lực điện từ

3.1. Lực điện từ

Là một loại lực tương tác giữa các hạt điện tích điện tử (âm) và điện tử (dương).Lực điện từ là một trong bốn lực cơ bản trong tự nhiên cùng với lực trọng lực, lực mạnh (mạnh mạch) và cuối cùng là lực yếu (yếu mạch).Đây là một loại lực mà con người có thể dễ dàng quan sát hoặc bắt gặp ở bất kỳ nơi đâu xung quanh chúng ta trong cuộc sống hàng ngày (ngoại trừ lực hấp dẫn của trái đất).Hầu hết mọi tương tác của các nguyên tử đề có thể quy chúng về thành lực điện từ giữa proton và electron nằm bên trong

Chiều của lực điện từ tác dụng lên vòng dây dẫn phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong vòng dây và chiều của đường sức từ.Chiều của lực điện từ có thể được xác định bằng quy tắc bàn tay trái hoặc quy tắc nắm tay phải

Lực điện từ được mô tả bằng định luật Coulomb do nhà bác học cùng tên người Pháp dựa trên ý tưởng về sự tương tự giữa điện học và cơ học, giữa sự tương tự của hai vật và hai điện tích, tìm ra lần đầu cho hai điện tích điểm và phát biểu thành định luật Coulomb.Định luật này nói rằng:

● Lực điện giữa hai điện tích trái dấu sẽ là lực đẩy chúng ra xa nhau, trong khi lực giữa hai điện tích cùng dấu sẽ hút chúng lại gần nhau.Lực này tỷ lệ thuận với tích của hai điện tích và nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

● Định luật Coulomb cũng nói rằng lực này tuân theo định luật nghịch vuông của khoảng cách, có nghĩa là lực giữa hai điện tích giảm khi khoảng cách giữa chúng tăng lên

Công thức để tính lực điện từ giữa hai điện tích q1 và q2 với khoảng cách r giữa chúng được cho bởi:

F = $\frac{k.\left(q_1{q}_2\right)}{r^2}$

Trong đó:

F: là lực điện từ

k: là hằng số điện

q₁ và q₂: là các điện tích của hai đối tượng

r: là khoảng cách giữa hai điểm điện tích

Lực điện từ chịu trách nhiệm về sự tương tác giữa các nguyên tử với phân tử và các hạt điện tích trong tất cả các hiện tượng điện tử học, từ điện trường trong dây đặc tới tương tác giữa các nguyên tử trong các phản ứng hóa học

3.2. Quy tắc bàn tay trái và cách phát biểu quy tắc

Quy tắc bàn tay trái là một khái niệm quen thuộc trong môn vật lý và hóa học để mô tả sự tương tác giữa từ trường, dòng điện và chuyển động của các vật thể. Được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như điện từ học, cơ học lượng tử và cả trong việc xác định cấu trúc của phân tử hóa học

Phát biểu quy tắc bàn tay trái như sau:

Khi bạn giơ tay trái của mình ra trước mắt và căn giữa nó với hướng từ trường (B), ngón áp út của bàn tay trái trỏ về phía từ trường (B), ngón áp út này đại diện cho hướng dòng điện (I).Khi đó, ngón trỏ của bàn tay trái sẽ trỏ vào hướng lực (F) hoặc chuyển động (v).Cách phát biểu này giúp xác định mối quan hệ giữa ba yếu tố này trong các tình huống tương tác

3.3. Cách xác định quy tắc bàn tay trái

Quy tắc bàn tay trái có thể áp dụng như sau:

● Nếu bạn biết hướng của từ trường (B) và hướng của dòng điện (I), có thể sử dụng bàn tay trái để xác định hướng của lực (F) mà dòng điện này trải qua khi nó nằm trong một từ trường

● Nếu bạn biết hướng của từ trường (B) và hướng của lực (F) thì bạn có thể sử dụng bàn tay trái để xác định hướng của dòng điện (I) tạo ra lực đó

● Nếu bạn biết hướng của dòng điện (I) và hướng của lực (F) bạn có thể sử dụng bàn tay trái để xác định hướng của từ trường (B) tác động lên dòng điện đó

Quy tắc bàn tay trái giúp chúng ta giải quyết các bài toán liên quan đến từ trường, dòng điện và lực trong các môn vật lý và hóa học.Nó là công cụ vô cùng hữu ích để hiểu sự tương tác giữa các yếu tố này và hướng của chúng trong không gian ba chiều

4. Quy tắc bàn tay phải

Tương tự như quy tắc bàn tay trái quy, quy tắc nắm tay phải sử dụng bàn tay phải để xác định hướng của các yếu tố tương tác trong không gian ba chiều.Nó thường được áp dụng trong các tình huống tương tự với quy tắc bàn tay trái, nhưng thay vì sử dụng tay trái bạn có thể sử dụng tay phải

Mô tả quy tắc nắm tay phải:

● Để sử dụng quy tắc nắm tay phải bạn giơ tay phải ra trước mắt và căn giữa nó với hướng từ trường

● Cũng giống như quy tắc bàn tay trái, ngón áp út của bàn tay phải trỏ vào hướng từ trường (B)

● Ngón trỏ của bàn tay phải đại diện cho hướng lực (F) hoặc chuyển động (v)

● Ngón trung của bàn tay phải sẽ trỏ vào phía dòng điện (I).Điều này đồng nghĩa với việc bạn xác định hướng của dòng điện tạo ra lực hoặc chuyển động đó

Quy tắc này giúp bạn xác định mối quan hệ giữa từ trường, dòng điện, lực và chuyển động trong không gian ba chiều tương tự như quy tắc bàn tay trái.Thay vì sử dụng bàn tay trái thì bạn sẽ sử dụng bàn tay phải.Điều này sẽ có ích trong trường hợp bạn cần sử dụng quy tắc nắm tay phải để phân tích các tình huống tương tự với quy tắc bàn tay trái nhưng bạn lại muốn sử dụng tay phải thay vì sử dụng tay trái

4.1. Quy tắc bàn tay phải là gì?

Quy tắc nắm tay phải được sử dụng trong môn vật lý để xác định hướng của một vectơ kết quả khi biết hướng của hai vectơ khác.Quy tắc này thường được áp dụng trong trường hợp về điện từ học và cơ học.

Quy tắc nắm tay phải trong điện từ học:

● Để xác định hướng của dòng điện tạo ra từ một dây dẫn, bạn hãy tưởng tượng tay phải của mình nơi ngón cái trỏ theo hướng dòng điện

● Nếu bạn uốn ngón cái theo hướng dòng điện và các ngón khác mở ra hướng từ trường (lực từ) tạo ra bởi dòng điện

● Giúp xác định hướng của từ trường xung quanh một dây dẫn dựa trên hướng dòng điện trong dây

Quy tắc nắm tay phải trong cơ học:

● Được sử dụng để xác định hướng quay của một vật thể khi biết hướng của lực và hướng của một vectơ vận tốc góc

● Để sử dụng được quy tắc này bạn đặt bàn tay phải theo hướng vectơ vận tốc góc (ngón áp út trỏ theo hướng vectơ này) sau đó ngón trỏ chỉ ra hướng của lực tác động lên vật thể

● Bằng cách áp dụng quy tắc này có thể xác định hướng quay của vật thể khi lực được áp dụng

Quy tắc nắm tay phải là một công cụ hữu ích để giúp các bạn học sinh, người học vật lý hiểu và dự đoán hướng của các tương tác trong các tình huống cụ thể

4.2. Ứng dụng quy tắc bàn tay phải

Ứng dụng trong điện tử

Trong việc thiết kế mạch điện tử và gắn các linh kiện, quy tắc nắm tay phải có thể giúp xác định hướng của dòng điện trong mạch và mối tương tác giữa các linh kiện

Ứng dụng trong công nghệ sản xuất

Trong việc lập trình robot hoặc các máy móc tự động, quy tắc này được sử dụng để xác định hướng của các động cơ và cơ cấu cần điều khiển để thực hiện các nhiệm vụ sản xuất cụ thể

Ứng dụng trong cơ học

Trong ngành cơ khí, quy tắc nắm tay phải được sử dụng để xác định hướng của lực xoắn tác động lên một cơ cấu xoay

Trong kỹ thuật hàng không, quy tắc có thể giúp dự đoán hướng xoay của một máy bay dựa trên hướng của lực quay tác động lên bánh đà và vị trí của cánh quạt

5. Bài tập vận dụng

Câu 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.

Câu 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.

Câu 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.

Câu 4: 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.

Câu 5: 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:

Câu 6: 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:

(199k) Xem Khóa học Vật Lí 12 KNTTXem Khóa học Vật Lí 12 CDXem Khóa học Vật Lí 12 CTST

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Kính lúp là gì? Công thức tính kính lúp

• Độ bội giác của kính lúp là gì? Công thức tính độ bội giác

• Độ hụt khối là gì? Công thức tính độ hụt khối

• Thế năng là gì? Công thức tính thế năng

• Trọng lượng là gì? Công thức tính trọng lượng

• Cường độ điện trường là gì? Công thức tính cường độ điện trường

---