Thí nghiệm
Chuẩn bị: Thiết bị thí nghiệm gồm:
- Hộp gỗ có gắn các thiết bị dưới đây:
+ Nam châm điện có gắn hai tấm thép (1).
+ Đòn cân (2) có gắn gia trọng (3) và khớp nối với khung dây dẫn (4).
+ Hai ampe kế có giới hạn đo 2 A (5), (6).
+ Hai biến trở xoay 100 S -2 A (7).
+ Hai công tắc dùng để đảo chiều dòng điện qua nam châm điện và khung dây (8), (9).
- Khung dây n = 200 vòng có chiều dài một cạnh l = 10 cm (10).
- Lực kế có giới hạn đo 0,5 N (11).
- Đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện (12).
Nguồn điện một chiều, điện áp 12 V (13) và các dây nối.
Tiến hành:
- Nối hai cực của nguồn điện DC với hai chốt cắm trên hộp gỗ. Cắm khung dây vào khớp nối trên đòn cân, sao cho cạnh dưới của khung dây nằm trong từ trường của nam châm.
- Đóng công tắc điện.
Thực hiện các yêu cầu sau:
1. Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra với khung dây.
2. Quan sát đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện, các cực của nguồn điện nối với khung dây, chiều chuyển động của khung dây, từ đó xác định chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm điện, chiều dòng điện và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện I trong từ trường.
3. Dự đoán hiện tượng xảy ra nếu đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện hoặc khung dây.
4. Đề xuất cách xác định chiều của lực từ.
Quan sát và giải thích hiện tượng
1. Quan sát và giải thích hiện tượng:
- Khi đóng khóa K, khung dây sẽ quay một góc nhất định.
- Khi ngắt khóa K, khung dây sẽ quay trở lại vị trí ban đầu.
- Giải thích:
+ Khi đóng khóa K, dòng điện chạy qua khung dây, tạo ra từ trường riêng của khung dây.
+ Từ trường của khung dây tương tác với từ trường của nam châm điện, tạo ra lực từ tác dụng lên khung dây.
+ Lực từ này làm cho khung dây quay.
+ Khi ngắt khóa K, dòng điện chạy qua khung dây bị ngắt, từ trường của khung dây cũng bị mất.
+ Lực từ tác dụng lên khung dây cũng mất đi, do đó khung dây quay trở lại vị trí ban đầu.
2. Xác định chiều:
- Cảm ứng từ: Chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm điện được xác định theo quy tắc nắm tay phải.
- Dòng điện: Chiều của dòng điện được xác định theo quy tắc nắm tay phải.
- Lực từ: Chiều của lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái.
- Dựa vào thí nghiệm:
+ Đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện cho ta biết chiều của cảm ứng từ.
+ Chiều chuyển động của khung dây cho ta biết chiều của lực từ.
+ Từ đó, ta có thể xác định được chiều của dòng điện.
3. Dự đoán hiện tượng:
- Nếu đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện:
+ Chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm điện sẽ bị đổi.
+ Chiều của lực từ tác dụng lên khung dây cũng sẽ bị đổi.
+ Do đó, khung dây sẽ quay theo chiều ngược lại.
- Nếu đổi chiều dòng điện chạy qua khung dây:
+ Chiều của từ trường do khung dây tạo ra sẽ bị đổi.
+ Chiều của lực từ tác dụng lên khung dây cũng sẽ bị đổi.
+ Do đó, khung dây sẽ quay theo chiều ngược lại.
4. Cách xác định chiều của lực từ:
- Quy tắc bàn tay trái:
+ Đặt bàn tay trái sao cho ngón cái hướng về phía Bắc của kim nam châm.
+ Các ngón tay còn lại sẽ cho ta biết chiều của đường sức từ.
+ Chiều của lực từ ngược với chiều của đường sức từ.
- Quy tắc nắm tay phải:
+ Nắm tay phải sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện.
+ Ngón cái cho ta biết chiều của đường sức từ.
+ Chiều của lực từ vuông góc với đường sức từ.