Cách giải bài tập Lực từ tác dụng lên 2 dây dẫn song song hay, chi tiết - Vật Lí lớp 11

Cách giải bài tập Lực từ tác dụng lên 2 dây dẫn song song hay, chi tiết

Với Cách giải bài tập Lực từ tác dụng lên 2 dây dẫn song song hay, chi tiết Vật Lí lớp 11 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Lực từ tác dụng lên 2 dây dẫn song song từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 11.

A. Phương pháp & Ví dụ

+ Khi cho dòng điện chạy qua hai dây dẫn thẳng song song thì hai dòng điện tương tác với nhau.

    - Nếu hai dòng điện cùng chiều thì chúng hút nhau.

    - Nếu hai dòng điện ngược chiều thì chúng đẩy nhau.

+ Độ lớn của lực từ tác dụng lên một đơn vị chiều dài của dây:

Trong đó: I₁ và I₂ là cường độ dòng điện chạy qua các dây, đơn vị là ampe (A); r là khoảng cách giữa hai dòng điện, đơn vị là mét (m).

Lưu ý:

+ Lực hút hay lực đẩy giữa hai dòng điện có phương nằm trên đường nối hai dòng điện

+ Nếu tính cho dây có chiều dài l thì:

+ Khi có nhiều dòng điện tác dụng lên nhau thì ta áp dụng nguyên lý chồng chất: F = F₁ + F₂ + F₃ + ....

Ví dụ 1: Hai dây dẫn thẳng dài, đặt song song với nhau và cách nhau 10 cm đặt trong không khí. Dòng điện chạy trong dây dẫn có cường độ là I₁ = 1 A, I₂ = 5 A.

a) Tính lực từ tác dụng lên một đơn vị chiều dài của dây

b) Tính lực từ tác dụng lên một đoạn có chiều dài 2 m của mỗi dây

Hướng dẫn:

a) Lực tác dụng lên một đơn vị chiều dài của dây:

b) Lực từ tác dụng lên một đoạn có chiều dài 2m của mỗi dây:

Ví dụ 2: Dây dẫn thẳng dài có dòng I₁ = 15 A đi qua, đặt trong chân không.

a) Tính cảm ứng từ tại điểm cách dây 15 cm.

b) Tính lực từ tác dụng lên 1 m dây của dòng I₂ = 10A đặt song song cách I₁ đoạn 15 cm. Cho biết lực đó là lực hút hay lực đẩy. Biết rằng I₁ và I₂ ngược chiều nhau.

Hướng dẫn:

a) Cảm ứng từ do dòng điện I₁ gây ra tại điểm M cách dây đoạn 15 cm là:

b) Lực từ do dòng I₁ tác dụng lên 1m dây dòng I₂:

    + Vì hai dòng điện ngược chiều nên lực là lực đẩy.

Ví dụ 3: Ba dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I₁, I₂, I₃ theo thứ tự đó, đặt song song cách đều nhau, khoảng cách giữa 2 dây là a = 4cm. Biết rằng chiều của I₁ và I₃ hướng vào, I₂ hướng ra mặt phẳng hình vẽ, cường độ dòng điện I₁ = 10A, I₂ = I₃ = 20A. Xác định F→ tác dụng lên 1 mét của dòng I₁.

Hướng dẫn:

    + Dòng I₁ sẽ chịu tác dụng của hai dòng điện I₂ và I₃.

    + Gọi F₂₁→, F₃₁→ lần lượt là lực do dòng điện I₂ và dòng điện I₃ tác dụng lên 1m dây của dòng điện I₁

    + Ta có:

    + Vì hai dòng điện I₁ và I₃ cùng chiều nên lực tương tác giữa chúng là lực hút. Còn hai dòng điện I₁ và I₂ ngược chiều nên lực tương tác giữa chúng là lực đẩy.

    + Lực tổng hợp tác dụng lên một đơn vị chiều dài của dây mang dòng điện I₁ là:

        F→ = F₃₁→ + F₂₁→

    + Vì F₃₁→ cùng phương ngược chiều với F₂₁→ nên: F = |F₃₁ - F₂₁| = 5.10^-4 N

    + Vậy lực F→ có phương vuông góc với sợi dây mang I₁ và có chiều hướng về bên trái (vì F₂₁ > F₃₁) như hình vẽ, có độ lớn F = 5.10^-4 N

Ví dụ 4: Hai dòng điện thẳng dài vô hạn đặt song song cách nhau 30 cm mang hai dòng điện cùng chiều I₁= 20A, I₂ = 40A. Xác định vị trí đặt dòng I₃ để lực từ tác dụng lên I₃ là bằng không.

Hướng dẫn:

Gọi F₁₃→, F₂₃→ lần lượt là lực do dòng I₁ và I₂ tác dụng lên dòng I₃

    + Ta có: F₁₃→ + F₂₃→ = 0 ⇒ F₁₃→ = - F₂₃→

    + Từ (2) suy ra: (4)

    + Vì hai dòng điện I₁ và I₃ cùng chiều nên từ (1) suy ra: dòng I₃ phải ở bên trong khoảng giữa hai dòng I₁ và I₃. Do đó ta có: r₂₃ + r ₁₃ = 30 (5)

    + Giải (4) và (5) ta có: r₁₃ = 10 cm và r₂₃ = 20 cm

    + Vậy để lực từ tác dụng lên dòng I₃ bằng 0 thì dòng I₃ phải đặt cách dòng I₁ đoạn 10 cm hay đặt cách dòng I₂ đoạn 20 cm (hình vẽ).

B. Bài tập

Bài 1: Hai dây dẫn thẳng dài, song song được đặt trong không khí. Cường độ trong hai dây bằng nhau và bằng I = 1 A. Lực từ tác dung lên mỗi đơn vị chiều dài của dây bằng 2.10^-5 N. Hỏi hai dây đó cách nhau bao nhiêu.

Lời giải:

Ta có:

Bài 2: Một dây dẫn dài vô hạn, có cường độ I₁ = 6A đặt tại điểm A.

a) Hãy tính độ lớn cảm ứng từ do dây dẫn trên gây ra tại điểm B nằm cách A đoạn 6 cm ?

b) Nếu tại B đặt một dây dẫn thứ 2 song song với dây thứ nhất. Cho dòng điện I₂ = 3A, chạy cùng chiều với dòng điện thứ nhất, hãy xác định lực từ do I₁ tác dụng lên mỗi mét dây dẫn của I₂, cho biết chúng đẩy hay hút nhau?

Lời giải:

a) Cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài vô hạn gây ra tại B:

b) Vì hai dây dẫn có dòng điện cùng chiều nên lực tương tác giữa chúng là lực hút.

Độ lớn của lực tương tác:

Bài 3: Hai dây dẫn đặt cách nhau 2cm trong không khí, dòng điện trong 2 dây có cùng giá trị cường độ, lực tương tác từ giữa 2 dây là lực hút và có độ lớn F = 2,5.10^-2 N. Hai dòng điện trên cùng chiều hay ngược chiều ? Tìm cường độ dòng điện trong mỗi dây ?

Lời giải:

Vì lực tương tác là lực hút nên hai dòng điện cùng chiều

Ta có:

Bài 4: Hai dây dẫn dài vô hạn đặt cách nhau 4cm, cho 2 dòng điện chạy ngược chiều nhau trong 2 dây dẫn, 2 dòng điện có cùng cường độ I = 5A. Hãy cho biết:

a) Hai dây dẫn trên có tương tác lực từ với nhau không ? Nếu có thì chúng đẩy hay hút nhau ? Vẽ hình ?

b) Hãy tính lực từ tương tác trên mỗi mét chiều dài của mỗi sợi dây ?

Lời giải:

a) Vì hai dây dẫn đều mang dòng điện nên chúng sẽ tương tác với nhau bằng lực từ. Vì hai dòng điện ngược chiều nên chúng sẽ đẩy nhau:

b) Lực tương tác giữa hai dây dẫn:

Bài 5: Ba dòng điện cùng chiều cùng cường độ 10A chạy qua ba dây dẫn thẳng đặt đồng phẳng và dài vô hạn. Biết rằng khoảng cách giữa dây 1 và 2 là 10 cm dây 2 và 3 là 5cm và dây 1 và 3 là 15cm. Xác định lực từ do:

a) Dây 1 và dây 2 tác dụng lên dây 3

b) Dây 1 và dây 3 tác dụng lên dây 2

Lời giải:

a) Vì dòng điện I₁ và I₃ cùng chiều nên I₁ hút I₃ một lực :

Vì dòng điện I₂ và I₃ cùng chiều nên I₂ hút I₃ một lực:

Lực từ do dây 1 và dây 2 tác dụng lên dây 3: F→ = F₁₃→ + F₂₃→

Vì F₁₃→ ↑ ↑ F₂₃→ nên: F = F₁₃ + F₂₃ = 5,33.10^-4 (N)

b) Vì dòng điện I₁ và I₂ cùng chiều nên I₁ hút I₂ một lực:

Vì dòng điện I₃ và I₂ cùng chiều nên I₃ hút I₂ một lực:

Lực từ do dây 1 và dây 2 tác dụng lên dây 3: F→ = F₁₃→ + F₂₃→

Vì F₁₃→ ↑ ↓ F₂₃→ nên: F = F₃₂ - F₁₂ = 2.10^-4 (N)