Một bộ thiết bị bao gồm một sợi dây dẫn điện đồng chất, tiết diện đều, một nam châm, một chiếc cân, một bộ nguồn điện có suất điện động không đổi (có gắn sẵn các đầu và một công tắc điện K đi
21/21
Một bộ thiết bị bao gồm một sợi dây dẫn điện đồng chất, tiết diện đều, một nam châm, một chiếc cân, một bộ nguồn điện có suất điện động không đổi (có gắn sẵn các đầu và một công tắc điện K điện trở không đáng kể). Sợi dây có tiết diện \(S = 3,5 \cdot {10^{ - 9}}{\rm{ }}{{\rm{m}}^2}\), chiều dài \(L = 72,0{\rm{ cm}}\) và điện trở được xác định bằng công thức \(R = 1,7 \cdot {10^{ - 8}}\frac{L}{S}\), trong đó \(S\) tính bằng \({{\rm{m}}^2}\), \(L\) tính bằng m và \(R\) tính bằng \(\Omega .\) Bộ nguồn điện có suất điện động \(\mathcal{E} = 16,0{\rm{ V}}\) và điện trở trong \(r = 0,5{\rm{ }}\Omega .\) Nối sợi dây vào bộ nguồn điện qua công tắc K.
(a) Bật công tắc K để dòng điện chạy trong sợi dây dẫn điện. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch điện.
(b) Để xác định cảm ứng từ giữa hai cực của nam châm, một học sinh đã uốn sợi dây dẫn điện thành khung dây và bố trí thí nghiệm như hình vẽ bên (khung dây được giữ bởi hai chốt A, B). Biết phần nằm ngang của sợi dây nằm giữa hai cực nam châm có chiều dài là 12,0 cm. Khi bật công tắc cho dòng điện chạy trong mạch điện thì thấy số chỉ của cân thay đổi 6,0 g. Lấy gia tốc trọng trường \(g = 9,8{\rm{ m/}}{{\rm{s}}^2}.\) Từ thí nghiệm đó, hãy xác định độ lớn cảm ứng từ giữa hai cực của nam châm.
Ý a)
Điện trở của sợi dây dẫn: \(R = 1,7 \cdot {10^{ - 8}}\frac{L}{S}\)
\(R = 3,5{\rm{ }}\Omega \)
Cường độ dòng điện chạy trong sợi dây dẫn khi mắc hai đầu của sợi dây vào nguồn điện: \(I = \frac{\mathcal{E}}{{R + r}}\)
\(I = 4,0{\rm{ A}}\)
Ý b)
Lực từ tác dụng vào sợi dây hướng thẳng đứng xuống dưới.
Theo định luật III Newton, lực từ tác dụng vào nam châm sẽ hướng thẳng đứng lên trên. Do vậy, số chỉ của cân sẽ giảm 6 g.
Lực từ tác dụng lên nam châm: \(F = m \cdot g = 6 \cdot {10^{ - 3}} \cdot 9,8 = 5,88 \cdot {10^{ - 2}}{\rm{ N}}.\)
Độ lớn cảm ứng từ: \(B = \frac{F}{{I \cdot l}} = \frac{{5,88 \cdot {{10}^{ - 2}}}}{{4 \cdot 12 \cdot {{10}^{ - 2}}}} = 0,1225{\rm{ T}}\)