Trả lời nhanh
Đường sức từ là những đường cong được vẽ theo quy ước sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với hướng của từ trường (hướng của vectơ cảm ứng từ) tại điểm đó. Vì thế, đặt kim nam châm nhỏ tại một điểm thì kim nằm dọc theo tiếp tuyến của đường sức đi qua điểm ấy, và cực Bắc của kim chỉ theo chiều đường sức.
Hiểu đúng quy ước về đường sức từ
Từ trường là thứ ta không nhìn thấy, nên các nhà vật lí vẽ đường sức từ để “nhìn thấy” nó trên giấy. Mỗi đường sức là một đường cong có hướng, được vẽ theo hai quy ước chính:
- Về hướng: tiếp tuyến với đường sức tại một điểm có phương, chiều trùng với vectơ cảm ứng từ B tại điểm đó. Chiều của đường sức chính là chiều từ trường.
- Về độ mạnh: nơi từ trường mạnh thì vẽ các đường sức dày (sát nhau), nơi từ trường yếu thì vẽ thưa.
Với nam châm thẳng, bên ngoài nam châm các đường sức đi ra từ cực Bắc (N) và đi vào cực Nam (S); bên trong nam châm chúng đi từ S về N nên tạo thành đường khép kín.
Vì sao lại là “tiếp tuyến”?
Tại mỗi điểm, từ trường chỉ có một hướng xác định. Một đường cong chỉ có một tiếp tuyến duy nhất tại mỗi điểm, nên ta dùng tiếp tuyến để biểu diễn hướng ấy. Nếu chọn “pháp tuyến” hay “dây cung” thì hướng không còn duy nhất hoặc không khớp với hướng kim nam châm.
Đó cũng là lí do hai đường sức từ không bao giờ cắt nhau: nếu cắt nhau, tại giao điểm sẽ có hai tiếp tuyến, tức là từ trường có hai hướng cùng lúc, điều không thể xảy ra.
Các tính chất của đường sức từ
- Qua mỗi điểm trong không gian có từ trường chỉ vẽ được một đường sức.
- Các đường sức từ là những đường cong khép kín (hoặc vô hạn ở hai đầu), khác với đường sức điện bắt đầu từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm.
- Chiều đường sức tuân theo quy tắc nắm tay phải (dòng điện thẳng, ống dây) hoặc quy ước ra N vào S (nam châm).
- Mật độ đường sức đặc trưng cho độ lớn của cảm ứng từ.
Những chỗ học sinh hay nhầm
- “Đường sức từ là quỹ đạo của hạt mang điện”: sai. Hạt mang điện chuyển động trong từ trường chịu lực Lorentz và có quỹ đạo riêng, không trùng với đường sức.
- “Đường sức từ có điểm đầu và điểm cuối”: sai. Đường sức từ khép kín, chỉ ở bên ngoài nam châm ta mới thấy chúng đi từ N sang S.
- “Lực từ tác dụng lên dây dẫn song song với đường sức”: sai. Lực từ vuông góc với cả đường sức (vectơ B) lẫn dây dẫn; dây đặt song song với đường sức thì lực từ bằng 0.
- “Chỗ không vẽ đường sức thì không có từ trường”: sai. Ta chỉ vẽ một số đường đại diện; từ trường có ở mọi điểm trong vùng đó.
Mẹo nhớ: “Kim chỉ đâu – đường sức chỉ đó; dày thì mạnh, thưa thì yếu.”
Bài luyện tập
Câu 1. Tại điểm M, tiếp tuyến của đường sức từ hợp với trục nam châm thẳng một góc nào đó. Kim nam châm nhỏ đặt tại M sẽ nằm theo hướng nào?
Đáp án: Kim nằm dọc theo tiếp tuyến của đường sức qua M, cực Bắc của kim chỉ theo chiều đường sức, vì hướng này chính là hướng của từ trường tại M.
Câu 2. Quanh một nam châm, vùng A có đường sức dày hơn vùng B. So sánh độ lớn cảm ứng từ ở hai vùng.
Đáp án: Vì đường sức dày nghĩa là từ trường mạnh nên BA > BB. Thực tế, vùng gần hai cực thường có đường sức dày nhất.
Câu 3. Vì sao không thể có hai đường sức từ cắt nhau?
Đáp án: Tại giao điểm sẽ có hai tiếp tuyến, tức hai hướng từ trường khác nhau, trong khi tại một điểm từ trường chỉ có một hướng xác định.
Tóm tắt
Khi gặp câu hỏi điền khuyết dạng “đường sức từ là những đường cong được vẽ theo quy ước sao cho…”, hãy hoàn thành bằng ý: tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó. Nếu đề cho nhiều phương án, hãy chọn phương án nhắc đến “tiếp tuyến” và “hướng của từ trường (vectơ cảm ứng từ)” và loại những phương án nói về quỹ đạo hạt, pháp tuyến hay điểm đầu – điểm cuối.
Câu hỏi thường gặp
Đường sức từ là những đường cong được vẽ theo quy ước sao cho điều gì?
Sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với hướng của từ trường (hướng vectơ cảm ứng từ) tại điểm đó.
Chiều của đường sức từ bên ngoài nam châm thẳng như thế nào?
Bên ngoài nam châm, đường sức đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam; bên trong nam châm đường sức đi từ cực Nam đến cực Bắc nên khép kín.
Vì sao các đường sức từ không cắt nhau?
Vì tại mỗi điểm từ trường chỉ có một hướng. Nếu hai đường sức cắt nhau thì tại giao điểm có hai tiếp tuyến, tức hai hướng từ trường, điều này vô lí.
Mật độ đường sức từ cho biết điều gì?
Nơi đường sức vẽ dày thì từ trường mạnh (cảm ứng từ lớn), nơi vẽ thưa thì từ trường yếu.