Trả lời nhanh
Với nam châm chữ U, em vẽ các đường sức từ đi ra từ cực Bắc (N) và đi vào cực Nam (S). Trong khoảng giữa hai nhánh, đường sức là những đoạn thẳng song song, cách đều nhau, chiều từ N sang S. Phía ngoài, đường sức là các đường cong nối cực N với cực S và có mũi tên chỉ chiều.
Đề bài và hướng làm
Đề yêu cầu: “Hãy vẽ một số đường sức từ của nam châm chữ U”. Bài này không đòi hỏi tính toán, chỉ cần vẽ đúng hình dạng, đúng chiều và đủ các đường tiêu biểu. Muốn vẽ đúng, em cần nhớ hai điều: quy ước về chiều đường sức từ và đặc điểm từ trường ở khe giữa hai cực.
Kiến thức cần nhớ
- Đường sức từ là những đường cong mà kim nam châm nhỏ đặt trên đó sẽ nằm dọc theo nó.
- Bên ngoài nam châm, đường sức đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam. Đó cũng là chiều Nam – Bắc của kim nam châm thử (cực Bắc của kim chỉ theo chiều đường sức).
- Các đường sức từ là đường cong khép kín, không cắt nhau.
- Nơi đường sức dày thì từ trường mạnh, nơi đường sức thưa thì từ trường yếu.
Các bước vẽ đường sức từ của nam châm chữ U
- Vẽ nam châm và ghi tên cực. Vẽ hình chữ U, ghi N ở đầu một nhánh, S ở đầu nhánh còn lại (hình dưới đặt N bên trái, S bên phải).
- Vẽ các đường ở khe giữa hai nhánh. Kẻ vài đoạn thẳng song song, cách đều, nối nhánh N sang nhánh S. Đây là vùng từ trường mạnh và gần như đều.
- Vẽ các đường phồng ra ở mép khe. Đường nằm sát mép trên của khe hơi cong phồng lên, vì ở rìa các đường sức “xoè” ra.
- Vẽ các đường cong bên ngoài. Xuất phát từ đầu cực N, uốn vòng ra ngoài rồi quay về đầu cực S. Đường càng xa nam châm thì vòng càng rộng và càng thưa.
- Gắn mũi tên chiều. Mọi mũi tên đều hướng từ N sang S ở bên ngoài nam châm.
Vì sao giữa hai nhánh đường sức song song?
Hai cực của nam châm chữ U được uốn lại gần nhau, đối diện nhau. Ở khoảng giữa, đường sức đi thẳng từ mặt cực N sang mặt cực S nên song song và cách đều. Đường sức dày nhất ở đây, vì thế từ trường mạnh hơn hẳn so với chỗ ở xa. Đó là lý do nam châm chữ U thường dùng trong thí nghiệm cần từ trường mạnh, ví dụ thí nghiệm lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện.
Lỗi sai thường gặp
- Quên mũi tên chiều hoặc vẽ mũi tên ngược (từ S sang N ở bên ngoài).
- Vẽ các đường cắt nhau. Tại mỗi điểm chỉ có một hướng của từ trường, nên đường sức không bao giờ cắt nhau.
- Vẽ đường sức không đi ra từ cực. Đường sức bên ngoài phải nối cực N với cực S, không “lơ lửng” giữa không gian.
- Vẽ khe giữa có các đường cong mạnh. Ở khe giữa, đường gần như thẳng và song song.
Mẹo nhớ: “Ra ở Bắc, vào ở Nam” – bên ngoài nam châm, đường sức đi ra từ N và chui vào S.
Bài luyện tập
- Đặt la bàn nhỏ vào giữa khe của nam châm chữ U có N bên trái, S bên phải. Cực Bắc của kim la bàn chỉ về phía nào?
Đáp án: Chỉ theo chiều đường sức, tức hướng về nhánh S (bên phải), vì ở khe giữa đường sức đi từ N sang S. - Nếu đảo hai cực của nam châm (S bên trái, N bên phải) thì chiều các đường sức thay đổi thế nào?
Đáp án: Chiều đảo ngược: đường sức đi từ nhánh bên phải sang nhánh bên trái, hình dạng đường sức không đổi. - Trong hình, vị trí nào từ trường mạnh nhất: ở khe giữa hai nhánh hay ở xa nam châm phía trên? Vì sao?
Đáp án: Ở khe giữa hai nhánh, vì đường sức ở đó dày nhất; xa nam châm đường sức thưa nên từ trường yếu.
Câu hỏi thường gặp
Đường sức từ của nam châm chữ U có chiều như thế nào?
Bên ngoài nam châm, đường sức đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam. Ở khe giữa hai nhánh, đường sức đi thẳng từ nhánh cực Bắc sang nhánh cực Nam.
Vì sao giữa hai nhánh nam châm chữ U các đường sức song song?
Vì hai cực đối diện và ở gần nhau nên đường sức đi thẳng từ cực này sang cực kia, song song và cách đều. Từ trường ở vùng này mạnh và gần như đều.
Các đường sức từ có thể cắt nhau không?
Không. Tại mỗi điểm trong không gian, từ trường chỉ có một hướng xác định, nên qua mỗi điểm chỉ có một đường sức từ.
Làm sao biết chiều đường sức từ bằng thực nghiệm?
Đặt kim nam châm nhỏ (la bàn) tại điểm cần xét. Khi kim đứng yên, cực Bắc của kim chỉ theo chiều của đường sức từ tại điểm đó.