Hình bên minh họa bộ thí nghiệm khảo sát lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường đều. Khung dây dẫn hình chữ nhật MNPQ có \({\rm{N}} = 50\) vòng được treo vào đầu bê
22/28
Hình bên minh họa bộ thí nghiệm khảo sát lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường đều. Khung dây dẫn hình chữ nhật MNPQ có \({\rm{N}} = 50\) vòng được treo vào đầu bên trái của một đòn cân có hai cánh tay đòn bằng nhau. Phần cạnh dưới PQ của mỗi vòng dây có chiều dài \({\rm{L}} = 5,0\) cm nằm trọn trong vùng từ trường đều, vecto cảm ứng từ \(\vec B\) vuông góc với mặt phẳng khung dây. Ban đầu, khi chưa có dòng điện chạy qua khung, người ta điều chỉnh quả cân ở đĩa bên phải để đòn cân ở trạng thái cân bằng nằm ngang. Khi cho dòng điện cường độ \({\rm{I}} = 0,30{\rm{\;A}}\) chạy qua khung dây, đòn cân lệch khỏi vị trí cân bằng nằm ngang. Để đòn cân trở lại vị trí cân bằng nằm ngang, người ta đặt thêm một quả cân có khối lượng \({\rm{m}} = 20{\rm{\;g}}\) lên đĩa cân bên phải. Lấy \(g = 9,8{\rm{\;m}}/{{\rm{s}}^2}\).
Dòng điện chạy trong khung dây có chiều từ Q đến P.
Lực từ tác dụng lên cạnh PQ của khung dây có phương nằm ngang.
Độ lớn cảm ứng từ B là \(0,26{\rm{\;T}}\).
Đòn cân mất trạng thái cân bằng nằm ngang khi có dòng điện chạy qua là do lực từ tác dụng lên cả 3 cạnh \({\rm{QM}}\), \({\rm{PQ}}\) và NP của khung dây.
a) Theo đề bài, để cân bằng lại ta phải đặt thêm quả cân vào đĩa bên phải. Điều này chứng tỏ khi có dòng điện, lực từ \(\vec F\) đã tác dụng lên khung dây theo chiều hướng xuống.
Áp dụng quy tắc bàn tay trái với lực từ hướng xuống và cảm ứng từ hướng từ trong ra ngoài, ta xác định được dòng điện có chiều từ Q đến P .
⇒ a Đúng.
b) Theo quy tắc bàn tay trái, lực từ \(\vec F\) vuông góc với \(\vec B\) và vuông góc với đoạn dây PQ (phương nằm ngang).
Do đó lực từ \(\vec F\) phải có phương thẳng đứng.
⇒ b sai.
c) Khi đòn cân trở lại trạng thái cân bằng:
\({F_t} = P \Leftrightarrow N.B.I.l = m.g\)
\( \Rightarrow 50.B.0,30.0,05 = 0,02.9,8\)
\( \Rightarrow B \approx 0,26T\).
⇒ c đúng.
d) Khi dòng điện chạy qua khung dây MNPQ, các lực từ tác dụng lên hai cạnh bên QM và NP có độ lớn bằng nhau nhưng ngược chiều nên chúng triệt tiêu nhau, không làm ảnh hưởng đến sự cân bằng của đòn cân. Chỉ có lực từ tác dụng lên cạnh PQ (phương thẳng đứng) mới gây ra momen làm mất cân bằng đòn cân.
⇒ d Sai.