Dây dẫn mang dòng điện không có sự tương tác với...?

1. Dây dẫn mang dòng điện không có ảnh hưởng đến ...?

Câu hỏi: Dây dẫn mang dòng điện không có sự tương tác với...?

A. Các điện tích chuyển động

B. Nam châm không di chuyển

C. Các điện tích không chuyển động

D. Nam châm đang di chuyển

Đáp án C

Dây dẫn mang dòng điện không có sự tương tác với các điện tích đứng yên. Dây dẫn điện là loại vật liệu cho phép dòng điện lưu thông qua nó theo nhiều hướng khác nhau. Trong vật liệu dẫn điện, các hạt mang điện có khả năng di chuyển và tạo ra dòng điện.

Giải thích chi tiết

Cấu tạo và hoạt động của dây dẫn điện

Dòng điện là sự di chuyển có hướng của các hạt mang điện. Trong các mạch điện, dòng điện chủ yếu đến từ sự di chuyển của các electron dọc theo dây dẫn. Tuy nhiên, ngoài electron, các ion hoặc chất điện li cũng có thể tham gia vào dòng điện, và trong plasma, cả ion lẫn electron đều có vai trò quan trọng.

Trong các vật liệu dẫn điện, các hạt mang điện có khả năng di chuyển để tạo ra dòng điện. Ở kim loại, một chất dẫn điện phổ biến, các hạt nhân dương không thể di chuyển, chỉ có các electron âm mới có khả năng di chuyển tự do trong vùng dẫn, do đó, electron là các hạt mang điện chính trong kim loại.

Dòng điện thường được hiểu là sự chuyển động có hướng của các điện tích dương. Vì vậy, trong mạch điện kim loại, các electron âm di chuyển theo hướng ngược lại với chiều của dòng điện trong dây dẫn.

Dây dẫn điện là loại vật liệu cho phép dòng điện di chuyển theo nhiều hướng khác nhau mà không tương tác với các điện tích đứng yên.

Dây dẫn điện thường có cấu tạo gồm ba phần chính:

Lõi dây dẫn: Phần chính của dây dẫn, thường làm từ kim loại mềm như nhôm hoặc đồng với độ tinh khiết cao khoảng 99,99%. Đây là thành phần cốt yếu của dây dẫn điện.

Chất cách điện: Thường là nhựa dẻo như PVC hoặc PE, hoặc nhựa XLPE. Dây dẫn điện dân dụng thường sử dụng nhựa PVC vì tính mềm dẻo và khả năng cách điện tốt.

Vỏ dây: Có nhiệm vụ bảo vệ lõi bên trong và cung cấp thông tin như tên lõi dây, nhà sản xuất, ngày sản xuất, loại dây, và kích thước đường kính của dây.

Dây dẫn điện đóng vai trò thiết yếu trong việc truyền tải năng lượng điện trong hệ thống điện. Nó đảm nhận nhiệm vụ chuyển điện từ các trạm biến áp đến các thiết bị tiêu thụ, giống như 'huyết mạch' của hệ thống điện.

2. Tổng quan lý thuyết: Từ trường của dòng điện trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt

Từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài

- Đường sức từ là những vòng tròn nằm trong các mặt phẳng vuông góc với dòng điện, có tâm nằm trên dây dẫn.

- Chiều của đường sức từ được xác định bằng quy tắc nắm tay phải.

- Cường độ cảm ứng từ tại điểm cách dây dẫn một khoảng r:

B = 2 × 10⁻⁷ × I / r

- Lưu ý: Quy tắc nắm tay phải: “Nắm vòng dây bằng tay phải sao cho ngón cái chỉ theo chiều của dòng điện, các ngón tay còn lại sẽ chỉ hướng của đường sức từ.”

Từ trường do dòng điện trong dây dẫn uốn thành vòng tròn tạo ra

- Đường sức từ đi qua trung tâm O của vòng tròn là những đường thẳng kéo dài vô hạn ở cả hai đầu, trong khi các đường sức khác là các đường cong có chiều đi vào mặt Nam và ra mặt Bắc của dòng điện trong vòng tròn.

Từ trường của dòng điện chạy qua ống dây dẫn hình trụ

- Trong ống dây, các đường sức từ là những đường thẳng song song, đồng chiều và đều khoảng cách nhau.

Từ trường của nhiều dòng điện

Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm do nhiều dòng điện gây ra là tổng hợp các véc tơ cảm ứng từ của từng dòng điện tại điểm đó.

3. Bài tập minh họa về: Từ trường của các dây dẫn có hình dạng đặc biệt khi có dòng điện chạy qua.

Bài 1:

Các yếu tố nào ảnh hưởng đến cảm ứng từ trong từ trường của dòng điện?

Hướng dẫn giải:

Cảm ứng từ trong từ trường của dòng điện chịu ảnh hưởng bởi cường độ dòng điện, hình dạng của dây dẫn, vị trí điểm khảo sát và môi trường xung quanh dòng điện.

Bài 2:

Khi một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài di chuyển, độ lớn của cảm ứng từ sẽ thay đổi như thế nào?

a) Khi di chuyển song song với dây dẫn?

b) Khi di chuyển vuông góc với dây dẫn?

c) Khi di chuyển theo một đường sức từ quanh dây dẫn?

Hướng dẫn giải

a) Độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài không thay đổi khi điểm đó di chuyển song song với dây dẫn.

B = 2 imes 10^{-7} cdot I / r. Khi r không thay đổi, B cũng không thay đổi.

b) Độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài sẽ tăng khi điểm đó di chuyển gần dây dẫn và giảm khi di chuyển ra xa dây dẫn khi điểm đó di chuyển vuông góc với dây dẫn.

B = 2 imes 10^{-7} cdot I / r. Khi r tăng, B giảm và ngược lại.

c) Độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài không thay đổi khi điểm đó di chuyển theo đường sức từ quanh dây dẫn.

B = 2 imes 10^{-7} cdot I / r. Khi r không thay đổi, B cũng không thay đổi, nhưng phương của véc tơ cảm ứng từ luôn thay đổi.

Bài 3: Một dây dẫn dài 10m nằm trong từ trường đều với B = 5 imes 10^{-2} T. Dòng điện cường độ 10 A chạy qua dây dẫn.

Kết quả:

Bài tập về lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện

a/ F = B cdot I cdot l cdot sin 90^circ = 5 N

Bài 4: Dòng điện cường độ 10A chảy qua khung dây dẫn hình tam giác vuông MNP theo chiều MNPM như trong hình. Biết MN = 30 cm, NP = 40 cm. Từ trường đều B = 0,01 T vuông góc với mặt phẳng của khung dây. Tính lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây và vẽ hình minh họa.

Bài 5: Treo dây MN dài 5 cm với khối lượng 5 g bằng hai dây không giãn, khối lượng không đáng kể. Độ lớn cảm ứng từ là 0,5 T và phương vuông góc với đoạn dây, chiều từ trên xuống (như trong hình). Tính góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng khi đoạn dây MN cân bằng, biết cường độ dòng điện qua dây MN là 2 A, g = 10 m/s².

Bài 6: Dòng điện 6A chạy qua đoạn dây dài 5 m trong từ trường đều với B = 3 imes 10^{-2} T. Tính lực từ tác dụng lên dây dẫn trong các trường hợp sau:

a/ Dây dẫn đặt vuông góc với các đường sức từ.

b/ Dây dẫn đặt song song với các đường sức từ.

c/ Dây dẫn tạo với các đường sức từ một góc 45°

Bài 7: Dòng điện 10A chảy qua khung dây hình tam giác vuông cân MNP theo chiều MNPM với MN = NP = 10 cm, đặt trong từ trường đều. Cảm ứng từ B = 10^{-2} T song song với NP như trong hình. Tính lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây.

Bài 9: Một dây dẫn có hình dạng nửa đường tròn bán kính 20 cm được đặt trong mặt phẳng vuông góc với cảm ứng từ của từ trường đều B = 0,4 T. Dòng điện I = 5 A đi qua đoạn dây. Tính lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn.

Bài 10: Một đoạn dây MN dài 6 cm có dòng điện 5A nằm trong từ trường đều với cảm ứng từ 0,5 T. Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F = 7,5 imes 10^{-2} N. Tính góc tạo bởi dây MN và đường cảm ứng từ.

a/ Nếu thanh ray di chuyển sang trái với gia tốc a = 3 m/s², xác định chiều và cường độ của dòng điện qua đoạn CD.

b/ Nâng hai đầu của thanh AB lên để nó tạo với mặt phẳng ngang một góc 30°. Tìm hướng và gia tốc của thanh khi bắt đầu trượt với vận tốc ban đầu bằng 0.