Trong cuộc hành trình khám phá vũ trụ và những hiện tượng tự nhiên xung quanh chúng ta, vật lý đã không ngừng đem đến những khám phá kỳ diệu và những nguyên tắc cơ bản để giải thích các hiện tượng đó. Trong lĩnh vực vật lý lớp 9, khái niệm “quy tắc bàn tay trái” đóng vai trò quan trọng trong việc giải thích và hiểu các hiện tượng liên quan đến từ tính và dòng điện.
Quy tắc bàn tay trái là gì?
Quy tắc bàn tay trái (Fleming’s Left-Hand Rule) là một quy tắc được sử dụng trong vật lý để xác định hướng của lực tương tác giữa dòng điện chạy qua một dây dẫn và từ trường tạo ra bởi một nam châm hoặc một nguồn từ trường khác. Quy tắc này giúp bạn xác định hướng của lực tương tác một cách dễ dàng bằng cách sử dụng bàn tay trái của bạn.
Bạn đang xem: Quy tắc bàn tay trái là gì? Lý thuyết và bài tập
Dưới đây là cách áp dụng quy tắc bàn tay trái:
1. Đặt bàn tay trái của bạn trước mắt sao cho ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa tạo thành một góc vuông nhau (90 độ).
2. Ngón trỏ (ngón giữa) thể hiện hướng của DÒNG ĐIỆN trong dây dẫn.
3. Ngón cái thể hiện hướng của TỪ TRƯỜNG. Điều này có thể là từ trường tạo ra bởi một nam châm hoặc một nguồn từ trường khác.
4. Ngón giữa còn lại (ngón út) thể hiện hướng của LỰC TÁC ĐỘNG lên đối tượng di chuyển trong từ trường và dòng điện.
Ví dụ, giả sử bạn có một dây dẫn dẫn điện đặt trong một từ trường từ một nam châm. Nếu bạn đặt ngón trỏ của bàn tay trái theo hướng của dòng điện chạy qua dây dẫn và ngón cái theo hướng của từ trường do nam châm tạo ra, thì ngón giữa của bạn sẽ chỉ ra hướng của lực tương tác giữa dòng điện và từ trường.
Quy tắc bàn tay trái giúp bạn dễ dàng xác định hướng của lực tương tác trong các tình huống liên quan đến tương tác giữa dòng điện và từ trường, như trong máy phát điện, động cơ điện và các ứng dụng khác.
1. Thế nào là quy tắc bàn tay trái?
Quy tắc bàn tay trái (còn gọi là quy tắc bàn tay trái của Fleming) là một trong 2 quy tắc trực quan, quy tắc bàn tay trái cho động cơ điện, quy tắc bàn tay phải cho máy phát điện, được phát hiện bởi nhà vật lý kỹ sư John Ambrose Fleming vào cuối thế kỷ 19 như một cách đơn giản để biết hướng chuyển động trong động cơ điện hoặc hướng của dòng điện trong máy phát điện. Khi một dòng điện chạy qua một cuộn dây được đặt trong một từ trường của nam châm, cuộn dây dẫn sẽ chịu tác động bởi một lực vuông góc với hướng của cả từ trường và dòng điện chạy qua. Quy tắc bàn tay trái, minh họa ảnh bên, Ngón tay cái, ngón trỏ và ngón giữa để biểu diễn các trục hay hướng của các đại lượng vật lý, ngón cái biểu diễn chiều chuyển động của lực, ngón trỏ chỉ hướng của từ trường và ngón giữa là chiều của dòng điện chạy qua. Áp dụng tương tự cho quy tắc bàn tay phải đối với máy phát điện.
2. Phát biểu quy tắc bàn tay trái
Giả thiết: Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây đặt trong từ trường của nam châm thì một lực tác dụng lên cuộn dây vuông góc với hướng hai đại lượng lần lượt là từ trường và cường độ dòng điện chạy qua
Hướng dẫn quy tắc bàn tay trái: ngón cái, ngón trỏ, ngón giữa biểu thị trục hoặc chiều của đại lượng vật lý được biểu thị tương ứng, trong đó ngón cái chỉ chiều chuyển động của lực, ngón trỏ chỉ chiều của từ trường, ngón giữa chỉ chiều dòng điện chạy qua nó. Quy tắc nắm bàn tay trái được phát biểu trên cơ sở lực từ có tác động lên dây điện dựa vào biểu thức toán học sau: F = I.dl.B
Trong đó:
F biểu thị cho đại lượng lực từ
I biểu thị cho đại lượng cường độ dòng điện
dl biểu thị cho vectơ có độ dài mà bằng độ dài đoạn dây điện/dây dẫn và hướng theo chiều của dòng điện
B biểu thị cho vectơ cảm ứng của từ trường. Nêu cách xác định quy tắc bàn tay trái? Để xác định quy tắc bàn tay trái, hãy đặt bàn tay sao cho các đường sức từ hướng vào bên trong lòng bàn tay. Dòng điện có chiều từ cổ tay đến ngón giữa. Hướng của lực từ là hướng ngón tay cái duỗi ra một góc 90 độ. Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều dòng điện, ngón cái xòe một góc 90 độ chỉ chiều của lực điện từ. Bài hay: CaCO3 HCl → CaCl2 CO2 H2O
Xem thêm : Hướng dẫn thủ tục cấp lại sổ BHXH online do bị hỏng, mất
Quy tắc bàn tay trái có quy tắc như sau:
(•) dùng để biểu diễn một vectơ có hướng vuông góc với mặt phẳng quan sát và cách xa mặt quan sát. ( ) dùng để biểu diễn vectơ có phương vuông góc với mặt phẳng quan sát và hướng về phía người quan sát.
3.Khái niệm liên quan
Lực điện từ được mang bởi các photon và chịu trách nhiệm về cấu trúc nguyên tử, lực hút và lực đẩy liên quan đến điện tích và từ tính, các phản ứng hóa học và tất cả các hiện tượng điện từ khác. Lực điện từ có biên độ vô hạn và tuân theo định luật bình phương nghịch đảo. Lực điện từ mạnh hơn lực yếu và lực hấp dẫn nhưng yếu hơn lực hạt nhân mạnh. Lực điện từ được xác định theo công thức:
F=q (Ev×B)
Trong trường hợp E là cường độ điện trường, v là vận tốc của hạt, B là cảm ứng từ trường và q là điện tích của hạt mang điện. Trong đó, phần (E VxB) là vectơ. Phương trình cho chúng ta biết rằng tổng lực là tổng của điện trường và tích chéo của vận tốc của hạt và từ trường, tất cả nhân với điện tích của hạt. Sản phẩm chéo tạo ra một lực theo hướng vuông góc với cả hai, theo phần trước. từ trường là gì? Từ trường có thể được định nghĩa theo nhiều cách, tùy thuộc vào ngữ cảnh. Tuy nhiên, về tổng thể, nó là một trường vô hình tác dụng lực từ lên các chất nhạy cảm với từ tính. Nam châm cũng tác dụng lực và mô-men xoắn lên nhau thông qua từ trường mà chúng tạo ra. Từ trường có thể được biểu diễn bằng các đường sức từ liên tục xuất hiện từ các cực tìm kiếm phía bắc và đi vào các cực tìm kiếm phía nam. Mật độ của các đường thể hiện cường độ của trường, tập trung nhiều hơn ở các cực (nơi có trường mạnh) và càng xa các cực thì càng nhỏ và yếu hơn. Từ trường có thể được tạo ra gần nam châm, bằng sự thay đổi điện trường hoặc dòng điện. Chúng có bản chất lưỡng cực, nghĩa là chúng có cả cực nam và cực bắc của nam châm. Đơn vị tiêu chuẩn quốc tế (SI) được sử dụng để đo từ trường là Tesla, trong khi từ trường nhỏ nhất được đo bằng Gauss (1 Tesla = 10.000 Gauss).
4. Ứng dụng quy tắc nắm tay trái
Quy tắc bàn tay trái dùng để xác định chiều chuyển động của động cơ điện. Trường hợp cuộn dây đặt trong không gian có từ trường thì khi có dòng điện chạy qua sẽ xuất hiện một lực tác dụng vuông góc với dòng điện và cả với từ trường. Áp dụng quy tắc bàn tay trái, đặt bàn tay trái giữ thẳng 3 ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa, khi đó côn ngón cái chỉ chiều của lực từ, chiều của đường sức từ là chiều của ngón trỏ, chính là chiều của lực từ. chiều của dòng điện. Xác định từ trường hiện tại trong một dây dẫn dài
Với dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài, đường sức từ của dòng điện là những đường tròn có tâm là dây dẫn và vuông góc với dòng điện. Lúc này, quy tắc bàn tay phải sẽ được sử dụng như sau: Nắm bàn tay phải sao cho ngón cái hướng dọc theo dây buộc l. Khi đó ngón cái sẽ chỉ theo chiều dòng điện đến Q, còn ngón cái sẽ chỉ theo chiều đường sức từ đến tâm vòng tròn O. B= 2.10-7/l/r
Xác định chiều từ trường của dòng điện trong dây dẫn tròn
Đường sức từ sẽ đi qua dây dẫn rồi uốn thành 2 loại đường tròn:
Đường sức từ đi qua tâm O là đường thẳng dài vô hạn
Đường sức từ còn lại là đường cong từ nam lên bắc của dòng điện này
B=2. 10-7. π. N.I/r
5.Xác định chiều từ trường hiện tại trong ống hình trụ
Dòng điện được quấn quanh xi lanh. Ống này được tạo thành từ các đường thẳng song song, lúc này chiều của đường sức từ cũng được xác định dựa vào chuyển động quay của bàn tay phải như sau: Bạn sẽ nắm bàn tay phải sao cho bốn ngón tay khum lại theo chiều của đường sức từ. dòng điện trong dây dẫn. Ngón tay cái chỉ hướng của các đường sức từ. B = 4. 10-7. π. KHÔNG Tôi
6. Phương pháp giải bài tập
Cách xác định hướng kim nam châm thử
Xác định chiều dòng điện trong cuộn dây. Áp dụng quy tắc nắm tay phải để xác định chiều đường sức từ. Suy ra hướng của kim nam châm thử. Xác định tương tác giữa hai dây dẫn có dòng điện
Áp dụng quy tắc nắm tay phải để xác định chiều của đường sức từ khi biết chiều dòng điện. Xác định các cực của cuộn dây từ đó suy ra lực tương tác giữa chúng. Xác định chiều quay của dây hoặc chiều dòng điện chạy trong khung
Áp dụng quy tắc bàn tay trái để:
Xác định chiều của lực từ khi biết chiều của các đường sức từ và chiều của dòng điện. Từ đó suy ra chiều quay của dây. Xác định chiều của lực từ tác dụng lên ống dây khi biết chiều quay của nó. Xác định chiều dòng điện chạy trong khung khi biết chiều của các đường sức từ và chiều của lực từ. Từ đó suy ra được chiều dòng điện chạy trong ống dây.
7. Giải bài tập Động cơ điện một chiều SGK Vật lý 9
Xem thêm : 1 gói cafe hoà tan Nescafe, G7 bao nhiêu calo
Câu C1 | Trang 82 SGK Vật Lý 9
Treo thanh nam châm gần một cuộn dây, như trong Hình 30.1. Đóng mạch điện.
a) Điều gì sẽ xảy ra với thanh nam châm?
b) Khi đổi chiều dòng điện chạy trong các vòng dây thì hiện tượng gì xảy ra?
c) Làm thí nghiệm để kiểm tra xem các câu trả lời trên của bạn có đúng hay không? Câu trả lời gợi ý
d) Khi ta đóng chốt K thì dòng điện chạy từ cực dương ( ) sang cực âm (-), áp dụng quy tắc bàn tay phải ta xác định được chiều của đường sức từ từ đầu B của cuộn dây . ⇒ Đầu B là cực Bắc nên thanh nam châm sẽ bị cuộn dây hút. b) Khi đổi chiều dòng điện, đầu B của ống dây sẽ là cực Nam ⇒ Thanh nam châm bị đẩy ra ngoài. c) Làm thí nghiệm như hình 30.1 trong SGK để kiểm tra kết quả.
Câu C2 | Trang 83 SGK Vật Lý 9
Xác định chiều dòng điện, chiều lực điện từ, chiều các đường sức từ và tên các cực từ trong các trường hợp trên hình 30.2a,b,c. Chứng tỏ rằng ký hiệu ( ) cho biết dòng điện vuông góc với mặt phẳng của trang giấy và chạy từ trước ra sau; Kí hiệu (.) cho biết dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng trang giấy và có chiều từ sau ra trước. Câu trả lời gợi ý
Sử dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều dòng điện, chiều của lực điện từ, chiều của các đường sức từ và gọi tên các cực từ như hình vẽ:
Câu C3 | Trang 84 SGK Vật Lý 9
Hình 30.3 vẽ khung dây dẫn ABCD (có thể quay quanh trục OO’) có dòng điện chạy trong từ trường, tên các cực nam châm và chiều dòng điện được ghi trên hình. a) Vẽ lực F1 tác dụng lên dây AB và lực F2 tác dụng lên dây CD. b) Cặp lực F1 và F2 làm khung dây quay theo chiều nào? c) Để khung dẫn điện ABCD quay ngược chiều thì phải làm gì? Câu trả lời gợi ý
a) Theo quy tắc bàn tay trái ta xác định được hai lực tác dụng lên khung dẫn điện ABCD như hình vẽ sau:
b) Cặp lực F1 và F2 làm khung dây chuyển động ngược chiều kim đồng hồ. c) Để cho dây dẫn ABCD quay ngược chiều thì phải đổi chiều dòng điện, nghĩa là dòng điện sẽ chạy từ D.
8. Mọi người cũng hỏi
Quy tắc bàn tay trái là gì?
Trả lời: Quy tắc bàn tay trái là một quy tắc đơn giản được áp dụng trong hóa học và vật lý để xác định chiều của các trường từ, cảm ứng điện từ, và các phản ứng hóa học. Theo quy tắc này, khi bạn đặt bàn tay trái xuống và uốn ngón tay trỏ, ngón giữa, và ngón áp út thành một vòng tròn, thì ngón cái sẽ chỉ hướng từ phía Bắc tới phía Nam, ngón trỏ sẽ chỉ hướng từ phía Đông tới phía Tây, và ngón giữa sẽ chỉ hướng lên trên.
Tại sao quy tắc bàn tay trái quan trọng trong hóa học và vật lý?
Trả lời: Quy tắc bàn tay trái giúp xác định sự tương tác và sự tương tác của các lực trong các hệ thống phức tạp, chẳng hạn như trong các phản ứng hóa học, các trường từ, hay sự cảm ứng điện từ. Nó đảm bảo tính nhất quán trong việc mô tả các hiện tượng vật lý và hóa học, giúp người nghiên cứu hiểu rõ hơn về các quá trình diễn ra trong tự nhiên.
Quy tắc bàn tay trái được áp dụng trong những lĩnh vực nào khác ngoài hóa học và vật lý?
Trả lời: Quy tắc bàn tay trái cũng được áp dụng trong sinh học, đặc biệt trong việc xác định sự di chuyển của các loại phân tử và phản ứng sinh học. Nó cũng được sử dụng trong một số ứng dụng kỹ thuật, như trong việc điều khiển các robot hoặc các thiết bị tự động.
Ai đã đưa ra quy tắc bàn tay trái và khi nào nó được áp dụng?
Trả lời: Quy tắc bàn tay trái được đề xuất bởi nhà vật lý học người Anh, John Ambrose Fleming, vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20. Quy tắc này đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật sau đó.
Như vậy, trong lĩnh vực vật lý lớp 9, “quy tắc bàn tay trái” là một khái niệm quan trọng và cơ bản để hiểu về tương tác giữa từ tính và dòng điện trong các mạch điện và máy phát điện. Việc nắm vững và áp dụng đúng quy tắc này giúp chúng ta tiến gần hơn đến việc hiểu rõ hơn về cơ cấu hoạt động của các thiết bị điện và từ tính, đồng thời là bước đệm quan trọng cho việc khám phá sâu hơn về các hiện tượng vật lý trong tương lai.
Nguồn: https://luatduonggia.edu.vn
Danh mục: Tổng hợp