Hình vẽ bên minh họa một thí nghiệm khảo sát tác dụng của lực từ lên dây dẫn mang dòng điện:Khung dây dẫn phẳng hình vuông cạnh a = 10 cm gồm 100 vòng được treo thẳng đứng
27/28
Hình vẽ bên minh họa một thí nghiệm khảo sát tác dụng của lực từ lên dây dẫn mang dòng điện:
Khung dây dẫn phẳng hình vuông cạnh \({\rm{a}} = 10{\rm{\;cm}}\) gồm 100 vòng được treo thẳng đứng dưới một đĩa cân bằng dây cách điện. Cạnh dưới của khung nằm ngang trong từ trường đều của nam châm và vuông góc với đường sức từ, các cạnh còn lại coi như không chịu ảnh hưởng của từ trường. Dòng điện chạy qua cạnh dưới của khung có cường độ \({\rm{I}} = 0,5{\rm{\;A}}\) và có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ, chiều hướng vào trong. Khoảng cách từ điểm treo hai đĩa cân đến trục quay là bằng nhau. Ban đầu phải đặt quả cân lên đĩa bên trái để đòn cân thăng bằng. Sau đó đảo ngược các cực từ của nam châm để đổi chiều của đường sức từ, để cân thăng bằng trở lại phải thêm vào đĩa cân bên trái một quả cân có khối lượng 150 g . Cho biết gia tốc trọng trường \({\rm{g}} = 10{\rm{\;m}}/{{\rm{s}}^2}\). Tính độ lớn cảm ứng từ trong lòng của nam châm ra đơn vị tesla (kết quả làm tròn đến chữ số hàng phần trăm).
Đổi đơn vị: \(a = 10\;{\rm{cm}} = 0,1\;{\rm{m}},\qquad m = 150\;{\rm{g}} = 0,15\;{\rm{kg}}.\)
Lực từ tác dụng lên cạnh dưới của mỗi vòng dây có độ lớn:
\({F_1} = BIl.\)
Với \(l = a = 0,1\;{\rm{m}}\), nên \({F_1} = BIa.\)
Khung có \(N = 100\) vòng, do đó tổng lực từ là
\(F = NBIA.\)
Thực ra ở đây phải viết đúng là
\(F = NBIa.\)
Thay số: \(F = 100 \cdot B \cdot 0,5 \cdot 0,1 = 5B.\)
Khi đảo cực nam châm, chiều của lực từ đổi ngược lại. Vì thế độ chênh lệch lực tác dụng lên phía khung dây trước và sau khi đảo cực là \(\Delta F = 2F.\)
Để cân thăng bằng trở lại, phải thêm vào đĩa cân bên trái một quả cân \(0,15\;{\rm{kg}}\), nên trọng lượng quả cân thêm vào chính là độ chênh lệch này:
\(mg = 2F.\)
Thay số: \(0,15 \cdot 10 = 2 \cdot 5B.\)
Suy ra \(1,5 = 10B,\)
Nên \(B = 0,15\;{\rm{T}}.\)
Làm tròn đến hàng phần trăm: \(0,15\;{\rm{T}}.\)