Trả lời nhanh
Để nhận biết tại một điểm trong không gian có từ trường hay không, ta đặt một kim nam châm nhỏ, quay tự do (kim nam châm thử) tại điểm đó. Nếu có lực từ tác dụng lên kim, làm kim bị lệch hoặc định hướng theo một phương xác định thì tại đó có từ trường. Nếu kim hoàn toàn không chịu lực từ thì không có từ trường.
Vì sao dùng kim nam châm để nhận biết từ trường?
Từ trường là một dạng vật chất tồn tại xung quanh nam châm và xung quanh dòng điện. Ta không nhìn thấy hay sờ thấy nó, nên chỉ có thể nhận ra từ trường thông qua tác dụng của nó. Tính chất cơ bản nhất của từ trường là tác dụng lực từ lên nam châm hoặc lên dòng điện đặt trong nó.
Kim nam châm là dụng cụ đơn giản và nhạy nhất cho việc này. Nó nhẹ, quay tự do quanh một trục nên chỉ cần một lực từ rất nhỏ cũng làm kim quay và đổi hướng.
Các bước nhận biết từ trường tại một điểm
- Chuẩn bị một kim nam châm nhỏ, đặt trên mũi nhọn để nó quay thật tự do trong mặt phẳng nằm ngang.
- Đặt kim nam châm tại điểm cần kiểm tra, để kim đứng yên rồi ghi lại hướng của kim.
- Quan sát: kim có bị lệch, có quay hay có định hướng cố định không?
- Kết luận: nếu có lực từ tác dụng lên kim (kim quay rồi dừng lại theo một hướng xác định) thì tại điểm đó có từ trường.
Khi kim đã nằm cân bằng, hướng từ cực Nam sang cực Bắc của kim chính là hướng của từ trường tại điểm đó. Đây là quy ước để xác định hướng đường sức từ.
Lưu ý khi đọc kết quả
Trên Trái Đất luôn có từ trường của chính Trái Đất. Vì vậy một kim nam châm tự do ở bất kỳ nơi nào cũng chỉ theo hướng Bắc – Nam địa lí. Đó cũng là bằng chứng cho thấy ở đó có từ trường (từ trường Trái Đất).
Nếu đưa thêm một nam châm hay một dây dẫn có dòng điện lại gần, kim sẽ lệch khỏi hướng Bắc – Nam. Sự lệch này chứng tỏ có thêm một từ trường khác cộng vào.
| Quan sát kim nam châm thử | Kết luận |
|---|---|
| Kim quay rồi dừng ở hướng xác định (thường là Bắc – Nam) | Có từ trường (ít nhất là từ trường Trái Đất) |
| Kim lệch khỏi hướng Bắc – Nam khi đưa vật lại gần | Vật đó tạo ra từ trường (nam châm hoặc dòng điện) |
| Kim không chịu bất kì lực từ nào | Không có từ trường (rất hiếm gặp trên mặt đất) |
Ví dụ minh hoạ
Ví dụ 1. Đặt một kim nam châm song song với một sợi dây dẫn đang nằm yên, chưa nối nguồn. Kim chỉ hướng Bắc – Nam. Đóng mạch cho dòng điện chạy qua dây, kim lập tức lệch đi. Kết luận: dòng điện đã tạo ra từ trường xung quanh dây dẫn. Đây chính là nội dung thí nghiệm Ơ-xtet.
Ví dụ 2. Đưa một thanh nam châm thẳng lại gần kim nam châm. Cực Bắc của kim bị hút về phía cực Nam của thanh và đẩy khỏi cực Bắc của thanh. Điều đó chứng tỏ khoảng không gian quanh thanh nam châm có từ trường.
Các cách khác cũng nhận ra từ trường
- Dùng dây dẫn có dòng điện: đặt đoạn dây có dòng điện vào vùng không gian đó. Nếu dây chịu lực từ (bị đẩy, bị lệch) thì có từ trường. Đây là cách thường dùng ở chương trình Vật lí lớp 11.
- Rắc mạt sắt: mạt sắt bị nhiễm từ và xếp thành các đường cong, cho ta hình dung dạng đường sức từ. Cách này tiện để quan sát hình dạng từ trường nhưng kém nhạy hơn kim nam châm.
Lỗi sai thường gặp
- Dùng một mảnh sắt thay cho kim nam châm. Sắt chưa nhiễm từ cũng bị nam châm hút, nhưng nó không có định hướng Bắc – Nam và không cho biết hướng của từ trường. Kim nam châm mới là dụng cụ phù hợp.
- Kim bị kẹt, ma sát lớn. Kim không quay không có nghĩa là không có từ trường, có thể do trục bị kẹt. Cần dùng kim quay thật tự do.
- Đặt gần vật bằng sắt thép. Thanh sắt, kéo, điện thoại ở gần làm kim lệch, dẫn đến kết luận sai về nguồn từ trường.
- Nhầm “lực điện” với “lực từ”. Kim nam châm không phản ứng với vật chỉ mang điện tích đứng yên. Nó chỉ phản ứng với nam châm và dòng điện.
Mẹo nhớ
Hãy nhớ câu: “Kim nam châm thử bị lực từ tác dụng ở đâu thì ở đó có từ trường.” Muốn biết hướng, nhìn vào cực Bắc của kim khi nó đã nằm yên.
Bài tập luyện tập
Bài 1. Một học sinh đặt kim nam châm trên bàn, thấy kim chỉ hướng Bắc – Nam. Bạn ấy kết luận “ở đây không có từ trường vì không có nam châm nào gần đó”. Kết luận đúng hay sai?
Đáp án: Sai. Kim bị lực từ của Trái Đất làm định hướng Bắc – Nam, nên nơi đó có từ trường Trái Đất dù không có nam châm nào khác.
Bài 2. Kim nam châm đang chỉ Bắc – Nam. Khi bật công tắc một mạch điện đặt gần, kim lệch đi và dừng lại ở hướng mới. Giải thích.
Đáp án: Dòng điện chạy trong mạch tạo ra từ trường, tác dụng lực từ lên kim cùng với từ trường Trái Đất. Kim nằm cân bằng theo hướng của từ trường tổng hợp nên bị lệch.
Bài 3. Vì sao không nên dùng một chiếc đinh sắt để kiểm tra có từ trường tại một điểm hay không?
Đáp án: Đinh sắt không có cực từ cố định, không quay định hướng được. Nó chỉ bị hút khi từ trường đủ mạnh và không cho biết hướng từ trường. Dụng cụ nhạy và cho biết hướng là kim nam châm.
Câu hỏi thường gặp
Làm thế nào để nhận biết tại một điểm trong không gian có từ trường?
Đặt kim nam châm thử tại điểm đó. Nếu có lực từ tác dụng lên kim, làm kim lệch hoặc định hướng theo phương xác định thì tại đó có từ trường.
Hướng của từ trường tại một điểm được xác định thế nào?
Là hướng mà cực Bắc của kim nam châm thử chỉ khi kim nằm cân bằng tại điểm đó, tức hướng từ cực Nam sang cực Bắc của kim.
Vì sao kim nam châm luôn chỉ hướng Bắc – Nam?
Vì Trái Đất là một nam châm khổng lồ, có từ trường bao quanh. Từ trường Trái Đất tác dụng lực từ làm kim nam châm tự do định hướng gần theo phương Bắc – Nam địa lí.
Ngoài kim nam châm, còn cách nào nhận biết từ trường?
Có thể đặt một đoạn dây dẫn có dòng điện vào vùng đó và xem dây có chịu lực từ không, hoặc rắc mạt sắt để quan sát các đường sức từ.