Quy tắc bàn tay trái hay còn được gọi là quy tắc bàn tay trái của Fleming. Đây được xem là một trong 2 quy tắc trực quan, trong đó thì quy tắc bàn tay trái cho động cơ điện và cho máy phát điện. Quy tắc này do kỹ sư và nhà vật lý John Ambrose Fleming phát minh ra vào cuối thế kỷ XX, đây là cách dễ dàng để nhận biết được hướng chuyển động của động cơ điện hoặc hướng của dòng điện trong máy phát điện.
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây nằm trong từ trường của nam châm thì cuộn dây chịu tác dụng của lực vuông góc với phương của từ trường và dòng điện chạy qua. Theo nhận định của quy tắc bàn tay trái, theo hình ảnh minh họa ta thấy được ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa để biểu thị các trục hoặc hướng của các đại lượng vật lý. Ngón cái được nhận định là hướng chuyển động của lực, ngón trỏ sẽ là hướng của từ trường và ngón giữa là hướng của dòng điện ngón tay giữa.
Chọn Chủ Đề Tìm Kiếm:
Lý thuyết quy tắc bàn tay trái
Quy tắc bàn tay trái là một phần lý thuyết vô cùng quan trọng trong vật lý, vì nó được sử dụng để xác định hướng của lực điện từ. Để hiểu rõ hơn về lực điện từ và từ trường là gì, cũng như quy tắc bàn tay trái sẽ được biểu thị như thế nào, xìn mời mọi người cùng tham khảo qua nội dung sau.
1. Lực điện từ
Lực điện từ là lượng lực do điện trường tạo ra và lực từ do từ trường tạo ra gồm hai phần. Vấn đề này thể hiện qua biểu thức toán học cổ điển cho lực điện từ, khi bạn biết các tính chất của hạt tải điện và cường độ của trường điện từ cụ thể như sau.
- F = q(E + v.B)
Giải nghĩa:
- E được biết đến là véctơ cường độ điện trường tại vị trí của hạt mang điện tích.
- q được xem là điện tích của hạt.
- v được nhận định là véctơ vận tốc của hạt.
- B được biết tới là véctơ cảm ứng từ tại vị trí của hạt.
Hướng của lực điện từ sẽ tùy thuộc vào chiều của đường sức từ và chiều của dòng điện chạy bên trong vật dẫn. Phương của lực điện từ được xác định bằng cách sử dụng thước của nắm tay trái.
2. Từ trường
Từ trường được nhận định là môi trường vật chất bao quanh các hạt mang điện như nam châm hay dòng điện chuyển động Từ trường tác dụng lực từ lên vật dẫn từ. Để kiểm tra xem có từ trường xung quanh một vật thể hay không, hãy thử di chuyển vật thể đó lại gần một vật thể có từ tính. Ngày nay, cách để xác định từ trường là sử dụng nam châm, kim nam châm luôn ở trạng thái cân bằng theo chiều N – B, khi bị lệch từ trường ta dễ dàng nhận ra.
Quy tắc bàn tay trái xác định lực từ
Xin gửi đến các bạn độc giả quy tắc bàn tay trái, theo đó để mọi người nắm rõ được quy luật của lực từ một cách dễ dàng nhất. Trong chủ đề quy tắc này sẽ áp dụng trong điện từ học nhằm xác định cường độ dòng điện cảm ứng để bạn đọc hướng dẫn lực tay trái do từ trường tạo ra.
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây nằm trong từ trường của nam châm, khi đó cuộn dây sẽ chịu tác dụng của một lực vuông góc với phương của hai đại lượng là từ trường và cường độ dòng điện chạy qua nó. Quy tắc bàn tay trái: Ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa chỉ trục hoặc hướng của các đại lượng vật lý, ngón cái chỉ hướng chuyển động của lực, ngón trỏ chỉ hướng của từ trường và ngón giữa là chiều của dòng điện chạy qua nó.
- Chiều của lực cơ học được ấn định theo nghĩa đen.
- Chiều của từ trường sẽ ấn định là từ bắc xuống nam.
- Chiều của dòng điện được ấn định là chiều thông thường từ dương sang âm.
Quy tắc theo 3 nghĩa này được dựa trên lực từ tác dụng lên dây dẫn theo biểu thức toán học như sau:
- F = I dl×B
Giải nghĩa:
- F là lực từ
- I là cường độ dòng điện
- dl là một vectơ bằng chiều dài của dây dẫn và chiều dài của chiều dòng điện
- B là véc tơ cảm ứng từ trường.
Hướng của lực F là hướng của phương vectơ của dl và B, vì thế có thể được xác định bằng quy tắc bàn tay trái như trên. Hướng của F cũng có thể được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.
Cách ứng dụng theo quy tắc bàn tay trái
Theo hình ảnh minh họa dưới đây, khi chúng ta đặt tay trái để hướng chiều của đường sức từ vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa theo chiều dòng điện, khi đó ngón cái duỗi ra một góc 90° cho biết hướng của lực điện.
Một số quy ước được ấn định như sau:
- Hướng (•) chỉ một vectơ vuông góc với mặt phẳng quan sát, có hướng ở xa người quan sát.
- Hướng (+) biểu thị một vectơ vuông góc với mặt phẳng quan sát hướng về phía người quan sát.
Bài giảng bài tập vận dụng quy tắc bàn tay trái
Dưới đây là các dạng bài văn, bài tập trắc nghiệm thường gặp khi áp dụng quy tắc bàn tay trái. Các bài tập này sẽ đi kèm với lời giải, vì vậy rất dễ ghi nhớ và thực hành trong thực tế để mọi người dễ dàng hình dung ra.
1. Bài tập tự luận
Câu hỏi số 1: Hãy nêu chiều của lực điện từ, chiều của dòng điện, chiều của các đường sức từ và gọi tên cực từ trong các trường hợp ở hình 30.2a, b, c trong SGK. Ai cũng biết rằng (•) đại diện cho một vectơ vuông góc với mặt phẳng quan sát và hướng ở xa người quan sát. Hướng (+) biểu thị một vectơ vuông góc với mặt phẳng quan sát hướng về phía người quan sát.
Giải: Áp dụng theo quy tắc ta có thể xác định được chiều của lực điện từ (F), chiều của dòng điện (I), chiều của đường sức từ và gọi tên cực từ.
Câu hỏi số 2: Giả sử một đoạn dây dẫn MN có khối lượng (m), mang dòng điện (I) và sẽ có chiều như hình vẽ, bên dưới thì ta được đặt trong từ trường đều vectơ (B). Cho biết các lực tác dụng lên sợi dây MN.
Giải: Trong hình vẽ trên đây, ta có các lực tác dụng lên sợi dây MN là:
- Trọng lực của (P) sẽ được đặt tại trọng tâm (trọng tâm của thanh), hướng xuống dưới.
- Lực căng của dây (T) tác dụng lên điểm tiếp xúc của dây và thanh, hướng lên trên.
- Ta sẽ áp dụng quy tắc bàn tay trái, có thể xác định rằng lực từ (F) có phương thẳng đứng, hướng lên trên.
Câu hỏi số 3: Hãy xác định phương của một trong ba đại lượng: lực từ (F), vectơ cảm ứng điện từ (B) và cường độ dòng điện (I) trong các hình vẽ thiếu sau đây theo quy tắc bàn tay trái theo quy luật.
Đáp án sẽ được giải như sau:
2. Bài tập trắc nghiệm
Câu hỏi số 1: Cho một vật dẫn AB, có thể trượt tự do trên cả hai thanh dẫn MC và ND nằm trong một từ trường đều có đường sức từ vuông góc với mặt phẳng MCDN như hình vẽ dưới đây, hướng ra cuối trang giấy. Trong đó, thanh AB sẽ được chuyển động theo hướng nào?
- A. Chiều của hướng F2.
- B. Chiều của hướng F4.
- C. Chiều của hướng F1.
- D. Chiều của hướng F3.
Giải đáp: Áp dụng thep quy luật bàn tay trái. Chúng ra sẽ có hướng của lực từ sẽ là hướng của lực điện từ F1, trong câu này đáp án đúng sẽ là C.
Câu hỏi số 2: Nhìn vào hình dưới đây và chọn câu trả lời đúng nhất.
- A. Hình số d
- B. Hình số a
- C. Hình số c
- D. Hình số b
Giải: Chúng ra sẽ áp dụng quy tắc bàn tay trái trên đoạn CD có dòng điện chạy từ C sang D. Chiều của lực từ hướng lên, từ đó ta sẽ thấy rằng hình c là đúng nhất, trong câu này đáp án đúng sẽ là C.
Câu hỏi số 3: Vẽ mặt cắt thẳng đứng của một bóng đèn trong máy thu hình như hình ảnh minh họa. Chúng ra có AA là biểu diễn chùm electron tới chiếu vào màn huỳnh quang M, các ống L1, L2 dùng để định hướng chùm electron theo phương ngang. Cho biết chùm electron chuyển động từ A đến A ‘, thì chiều của lực điện từ của nó trong các electron là gì?
Giải: Hướng của dòng điện ngược với hướng chuyển động của các electron, tức là từ A` đến A . Ta áp dụng quy tắc bàn tay trái như sau, ta có phương của lực vuông góc với mặt phẳng của tờ giấy và từ phía sau, trong câu này câu trả lời đúng là D.
Quy tắc bàn tay trái là một trong những quy tắc biểu thị rất đơn giản dùng để xác định phương của lực điện từ (F). Trong chủ đề ngày hôm nay là những phần lý thuyết quan trọng và bài tập ứng dụng sẽ giúp bạn nắm vững quy tắc này hơn.