Quy tắc bàn tay trái, quy tắc nắm tay phải là một kiến thức quan trọng của chương trình học môn vật lý 11. Cùng Marathon Education tìm hiểu bài viết dưới đây để giúp các em học sinh hiểu rõ hơn về quy tắc nắm tay phải để ứng dụng vào điện từ học để xác định dòng điện cảm ứng, bàn tay trái để định hướng của lực do một từ trường tác động lên.
1. Lý thuyết, quy tắc bàn tay trái (định luật Fleming)
Là quy tắc trong điện động học và được từ học được tìm ra bởi nhà vật lý học người Anh John Ambrose Fleming.Ở quy tắc này xác định hướng của lực, dòng điện, cực từ trong các trường hợp liên quan đến dây dẫn và từ tích hợp
Quy tắc này được dựa trên cơ sở lực từ tác động lên dây điện theo biểu thức toán học:
F= I dl x B
Trong đó:
F: là lực từ
I: là cường độ dòng điện
dl: là vectơ sở hữu độ dài đoạn dây điện và hướng theo chiều dòng điện
B: là véc tơ cảm ứng từ trường
Phương của lực F: là phương của tích vectơ dl và B nên do đó sở hữu thể xác định theo quy tắc bàn tay trái như trên
Cũng sở hữu thể xác định phương của F theo quy tắc nắm tay phải
Cách thực hiện: Đặt bàn tay trái sao cho nhưng đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay tới ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay loại choãi ra 90° chỉ chiều của lực điện từ
1.1. Lực điện từ
Là một loại lực tương tác giữa các hạt điện tích điện tử (âm) và điện tử (dương).Lực điện từ là một trong bốn lực cơ bản trong tự nhiên cùng với lực trọng lực, lực mạnh (mạnh mạch) và cuối cùng là lực yếu (yếu mạch).Đây là một loại lực mà con người có thể dễ dàng quan sát hoặc bắt gặp ở bất kỳ nơi đâu xung quanh chúng ta trong cuộc sống hàng ngày (ngoại trừ lực hấp dẫn của trái đất).Hầu hết mọi tương tác của các nguyên tử đề có thể quy chúng về thành lực điện từ giữa proton và electron nằm bên trong
Chiều của lực điện từ tác dụng lên vòng dây dẫn phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong vòng dây và chiều của đường sức từ.Chiều của lực điện từ có thể được xác định bằng quy tắc bàn tay trái hoặc quy tắc nắm tay phải
Lực điện từ được mô tả bằng định luật Coulomb do nhà bác học cùng tên người Pháp dựa trên ý tưởng về sự tương tự giữa điện học và cơ học, giữa sự tương tự của hai vật và hai điện tích, tìm ra lần đầu cho hai điện tích điểm và phát biểu thành định luật Coulomb.Định luật này nói rằng:
- Lực điện giữa hai điện tích trái dấu sẽ là lực đẩy chúng ra xa nhau, trong khi lực giữa hai điện tích cùng dấu sẽ hút chúng lại gần nhau.Lực này tỷ lệ thuận với tích của hai điện tích và nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng
- Định luật Coulomb cũng nói rằng lực này tuân theo định luật nghịch vuông của khoảng cách, có nghĩa là lực giữa hai điện tích giảm khi khoảng cách giữa chúng tăng lên
Công thức để tính lực điện từ giữa hai điện tích q1 và q2 với khoảng cách r giữa chúng được cho bởi:
Trong đó:
F: là lực điện từ
k: là hằng số điện
q1 và q2: là các điện tích của hai đối tượng
r: là khoảng cách giữa hai điểm điện tích
Lực điện từ chịu trách nhiệm về sự tương tác giữa các nguyên tử với phân tử và các hạt điện tích trong tất cả các hiện tượng điện tử học, từ điện trường trong dây đặc tới tương tác giữa các nguyên tử trong các phản ứng hóa học
>> Xem thêm: Đoạn mạch song song, công thức tính mạch điện song song - Lý thuyết môn Vật lý lớp 9
1.2. Quy tắc bàn tay trái và cách phát biểu quy tắc
Quy tắc bàn tay trái là một khái niệm quen thuộc trong môn vật lý và hóa học để mô tả sự tương tác giữa từ trường, dòng điện và chuyển động của các vật thể. Được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như điện từ học, cơ học lượng tử và cả trong việc xác định cấu trúc của phân tử hóa học
Phát biểu quy tắc bàn tay trái như sau:
Khi bạn giơ tay trái của mình ra trước mắt và căn giữa nó với hướng từ trường (B), ngón áp út của bàn tay trái trỏ về phía từ trường (B), ngón áp út này đại diện cho hướng dòng điện (I).Khi đó, ngón trỏ của bàn tay trái sẽ trỏ vào hướng lực (F) hoặc chuyển động (v).Cách phát biểu này giúp xác định mối quan hệ giữa ba yếu tố này trong các tình huống tương tác
1.3. Cách xác định quy tắc bàn tay trái
Quy tắc bàn tay trái có thể áp dụng như sau:
- Nếu bạn biết hướng của từ trường (B) và hướng của dòng điện (I), có thể sử dụng bàn tay trái để xác định hướng của lực (F) mà dòng điện này trải qua khi nó nằm trong một từ trường
- Nếu bạn biết hướng của từ trường (B) và hướng của lực (F) thì bạn có thể sử dụng bàn tay trái để xác định hướng của dòng điện (I) tạo ra lực đó
- Nếu bạn biết hướng của dòng điện (I) và hướng của lực (F) bạn có thể sử dụng bàn tay trái để xác định hướng của từ trường (B) tác động lên dòng điện đó
Quy tắc bàn tay trái giúp chúng ta giải quyết các bài toán liên quan đến từ trường, dòng điện và lực trong các môn vật lý và hóa học.Nó là công cụ vô cùng hữu ích để hiểu sự tương tác giữa các yếu tố này và hướng của chúng trong không gian ba chiều
2. Quy tắc bàn tay phải
Tương tự như quy tắc bàn tay trái quy, quy tắc nắm tay phải sử dụng bàn tay phải để xác định hướng của các yếu tố tương tác trong không gian ba chiều.Nó thường được áp dụng trong các tình huống tương tự với quy tắc bàn tay trái, nhưng thay vì sử dụng tay trái bạn có thể sử dụng tay phải
Mô tả quy tắc nắm tay phải:
- Để sử dụng quy tắc nắm tay phải bạn giơ tay phải ra trước mắt và căn giữa nó với hướng từ trường
- Cũng giống như quy tắc bàn tay trái, ngón áp út của bàn tay phải trỏ vào hướng từ trường (B)
- Ngón trỏ của bàn tay phải đại diện cho hướng lực (F) hoặc chuyển động (v)
- Ngón trung của bàn tay phải sẽ trỏ vào phía dòng điện (I).Điều này đồng nghĩa với việc bạn xác định hướng của dòng điện tạo ra lực hoặc chuyển động đó
Quy tắc này giúp bạn xác định mối quan hệ giữa từ trường, dòng điện, lực và chuyển động trong không gian ba chiều tương tự như quy tắc bàn tay trái.Thay vì sử dụng bàn tay trái thì bạn sẽ sử dụng bàn tay phải.Điều này sẽ có ích trong trường hợp bạn cần sử dụng quy tắc nắm tay phải để phân tích các tình huống tương tự với quy tắc bàn tay trái nhưng bạn lại muốn sử dụng tay phải thay vì sử dụng tay trái
>> Đoạn mạch nối tiếp và điện trở tương đương - Lý thuyết môn Vật lý
2.1. Quy tắc bàn tay phải là gì?
Quy tắc nắm tay phải được sử dụng trong môn vật lý để xác định hướng của một vectơ kết quả khi biết hướng của hai vectơ khác.Quy tắc này thường được áp dụng trong trường hợp về điện từ học và cơ học.
Quy tắc nắm tay phải trong điện từ học:
- Để xác định hướng của dòng điện tạo ra từ một dây dẫn, bạn hãy tưởng tượng tay phải của mình nơi ngón cái trỏ theo hướng dòng điện
- Nếu bạn uốn ngón cái theo hướng dòng điện và các ngón khác mở ra hướng từ trường (lực từ) tạo ra bởi dòng điện
- Giúp xác định hướng của từ trường xung quanh một dây dẫn dựa trên hướng dòng điện trong dây
Quy tắc nắm tay phải trong cơ học:
- Được sử dụng để xác định hướng quay của một vật thể khi biết hướng của lực và hướng của một vectơ vận tốc góc
- Để sử dụng được quy tắc này bạn đặt bàn tay phải theo hướng vectơ vận tốc góc (ngón áp út trỏ theo hướng vectơ này) sau đó ngón trỏ chỉ ra hướng của lực tác động lên vật thể
- Bằng cách áp dụng quy tắc này có thể xác định hướng quay của vật thể khi lực được áp dụng
Quy tắc nắm tay phải là một công cụ hữu ích để giúp các bạn học sinh, người học vật lý hiểu và dự đoán hướng của các tương tác trong các tình huống cụ thể
2.2. Ứng dụng quy tắc bàn tay phải
Ứng dụng trong điện tử
Trong việc thiết kế mạch điện tử và gắn các linh kiện, quy tắc nắm tay phải có thể giúp xác định hướng của dòng điện trong mạch và mối tương tác giữa các linh kiện
Ứng dụng trong công nghệ sản xuất
Trong việc lập trình robot hoặc các máy móc tự động, quy tắc này được sử dụng để xác định hướng của các động cơ và cơ cấu cần điều khiển để thực hiện các nhiệm vụ sản xuất cụ thể
Ứng dụng trong cơ học
Trong ngành cơ khí, quy tắc nắm tay phải được sử dụng để xác định hướng của lực xoắn tác động lên một cơ cấu xoay
Trong kỹ thuật hàng không, quy tắc có thể giúp dự đoán hướng xoay của một máy bay dựa trên hướng của lực quay tác động lên bánh đà và vị trí của cánh quạt
>> Dao Động Điều Hòa Là Gì? Công Thức Và Bài Tập Dao Động Điều Hòa Lý 12
3. Bài tập
Dưới đây là một số bài tập quy tắc bàn tay trái
Bài viết trên đây giúp các bạn học sinh cũng như người học vật lý hiểu hơn về hai quy tắc bàn tay trái cũng như quy tắc nắm tay phải.Qua đó, có thể nắm vững kiến thức vật lý quan trọng này.
