Quy tắc bàn tay phải – Bài tập vận dụng quy tắc bàn tay phải lớp 9, 11
Quy tắc bàn tay phải là một quy tắc phổ biến được sử dụng nhiều trong vật lý nhằm xác định chiều dòng điện cảm ứng. Cùng tìm hiểu quy tắc nắm bàn tay phải trong bài viết dưới đây để vận dụng giải những bài toán liên quan đến kiến thức này nhé!
Tóm tắt
Quy tắc bàn tay phải là gì?
Quy tắc bàn tay phải (tên tiếng Anh: right-hand rule) là một quy tắc phổ biến được dùng trong toán học và vật lý cho việc nhận biết ký hiệu véctơ trong ba chiều nhằm xác định chiều của các đường sức từ hay còn gọi là chiều dòng điện cảm ứng trong một dãy dây dẫn chuyển động trong một từ trường.
Để xác định chiều của các đường sức từ ta áp dụng quy tắc bàn tay phải và được phát biểu như sau: Nắm bàn tay phải rồi đặt sao cho ngón cái choãi ra nằm dọc theo đường dây dẫn, khi đó, ngón cái chỉ chiều của dòng điện chạy qua các vòng dây, bốn ngón tay còn lại nắm khum lại theo hướng đường sức từ.
Từ trường là gì?
Từ tường được xác định là một dạng vật chất bao quanh các hạt mang điện có sự chuyển động trong không gian. Biểu hiện của từ trường là tác dụng lên các vật có từ tính đặt trong nó (ví dụ vật có từ tính: nam châm, dòng điện).
Để hiểu hơn về từ trường, chúng ta có thể xét đến ví dụ dễ hiểu trong cuộc sống: Hai thanh nam châm khi chúng được đặt trong vùng từ trường của nhau thì chúng sẽ hút nhau. Lực từ tác dụng xuyên qua không gian tương tác giữa hai dòng điện song song hút nhau khi chúng cùng chiều và ngược lại đẩy nhau khi ngược chiều.
Trong cuộc sống, để nhận biết từ trường có tồn tại hay không, người ra sử dụng kim nam châm để phát hiện được điều đó. Khi nam châm nằm cân bằng tại một điểm theo hướng N – B, lúc này từ trường xuất hiện tại điểm cân bằng đó và có hướng của nam châm. Vì vậy, nhờ sử dụng dụng cụ này mà người ta có thể dễ dàng nhận biết được sự xuất hiện của từ trường.
Đường sức từ
Đường sức từ là những đường vẽ mà tại đó hướng của từ trường trùng với tiếp tuyến của mỗi điểm của đường sức từ. Hay nói một cách dễ hiểu hơn là xung quanh một dòng điện luôn tồn tại một từ trường và chiều của từ trường chính là đường sức từ tại mỗi điểm.
Mục đích sử dụng quy tắc bàn tay phải
Xác định hướng của nam châm thử
Quy tắc bàn tay phải được sử dụng nhằm tìm ra các cực của nam châm thử bởi quy tắc bàn tay phải xác định được chiều của từ trường khi biết dòng điện và ngược lại chiều của dòng điện khi biết được từ trường.
Xác định chiều tương tác của nam châm và ống dây
Xét một ống dây hình trụ có dây điện quấn quanh, để xác định được chiều của đường sức từ ta sử dụng quy tắc nắm tay phải đồng thời xác định được chiều Nam – Bắc của ống dây này. Bởi hiện tượng ống dây hút nam châm khi phần tiếp xúc của ống dây và nam châm ngược chiều nhau và đẩy nam châm khi đầu ống dây và nam châm cùng chiều nhau.
Ứng dụng xác định từ trường của quy tắc bàn tay phải
Xác định từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài
Đường sức từ của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài là những đường tròn có tâm nằm trên dây dẫn điện đồng thời vuông góc với dòng điện. Để xác định được chiều của đường sức từ trong dây dẫn thẳng dài ta áp dụng quy tắc bàn tay phải như sau:
Nắm bàn tay sao cho 4 ngón tay khum lại theo chiều đường sức từ trên đường tròn tâm O, đồng thời ngón tay cái choãi ra nằm dọc theo phương của dây dẫn I. Tâm O là điểm thuộc dây dẫn I.
Cảm ứng từ có độ lớn được tính theo công thức sau:
Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn
Đường sức từ đi qua đường dẫn uốn thành vòng tròn gồm 2 loại:
- Đường thẳng dài vô tận: Đây là đường sức từ đi qua tâm O của vòng tròn dây dẫn điện.
- Đường cong có hướng vào từ phía Nam và hướng đi ra là hướng Bắc của dòng điện tròn đó.
Áp dụng quy tắc bàn tay phải để xác định đường sức từ của dây dẫn uốn thành vòng tròn: “Bàn tay phải khum theo vòng dây của khung dây dẫn đang cần xác định sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều của dòng điện trong khung, đồng thời ngón cái choãi ra theo hướng chỉ chiều của đường sức từ xuyên qua mặt phẳng của dòng điện”.
Độ lớn cảm ứng từ tại tâm O của vòng dây được tính theo công thức:
Từ trường của dòng điện trong ống dây hình trụ
Dây dẫn điện được quấn quanh ống dây có hình trụ, khi đó các đường sức từ là những đường thẳng song song, cùng chiều và cách đều nhau. Các đường sức từ bên ngoài ống dây giống như các đường sức từ ở một thanh nam châm thẳng.
Đường sức từ trong ống dây hình trụ có chiều được xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải như sau: “ Nắm bàn tay phải rồi đặt sao cho chiều khum của 4 ngón tay theo chiều dòng điện cuốn trên ống hay chiều từ cổ tay trùng với chiều dòng điện trong các ống dây; đồng thời ngón cái choãi ra chỉ hướng của đường sức từ”.
Đường sức từ của ống dây hình trụ có hướng đi vào từ mặt Nam và đi ra từ mặt Bắc.
Độ lớn cảm ứng từ trong lòng ống dây được tính theo công thức:
Bài tập áp dụng quy tắc bàn tay phải và lời giải
Bài tập 1: Nhìn vào hình dưới đây hãy cho biết khi đóng khóa K ở ống A thì ống B sẽ chuyển động ra sao? Biết ống A được giữ cố định.
Đáp án:
Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải ta xác định được chiều của từ trường từ chiều của dòng điện ở hai ống dây dẫn và xác định được chiều nam-bắc của 2 ống dây này. Vì vậy mà khi đóng khóa K ở ống A và giữ nguyên nó thì ống B sẽ bị đẩy ra vì cùng chiều dòng điện với ống A.
Bài tập 2: Cho thí nghiệm như hình và trả lời các câu hỏi bên dưới.
- Khi đóng khóa K với thanh nam châm thì hiện tượng gì sẽ xảy ra? Giải thích hiện tượng đó.
- Hiện tượng gì xảy ra nếu đổi chiều dòng điện?
Đáp án:
- Khi đóng khóa K nam châm sẽ bị hút vào ống dây vì đầu B của ống dây là cực Bắc.
- Khi đổi chiều dòng điện, lúc đầu nam châm bị đẩy ra sau đó nam châm xoay đi và cực Bắc của nam châm bị hút vào đầu B của ống dây.
Bài tập 3: Hãy xác định lực điện từ, chiều dòng điện và đường sức từ trong các trường hợp dưới đây:
Đáp án:
- Lực điện từ có phương nằm ngang và có chiều hướng từ trái qua phải.
- Chiều của dòng điện từ hướng từ trong ra ngoài.
- Đường sức từ hoặc cực của nam châm có phương ngang và chiều hướng từ trái qua phải.
Hy vọng qua bài viết tổng hợp những kiến thức căn bản về quy tắc bàn tay phải trên đây đã giúp các bạn hiểu rõ hơn tính chất cũng như ứng dụng thực tế của quy tắc nắm bàn tay phải. Chúc các bạn thành công trong việc giải các bài tập liên quan đến quy tắc này!