Quy tắc nắm tay phải là gì? Ứng dụng trong vật lý và cuộc sống hàng ngày

Quy tắc nắm tay phải của nhà vật lý học, kỹ sư John Ambrose Fleming là lý thuyết được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực vật lý và trong cuộc sống hàng ngày. Mục đích chính của nó là xác định các vectơ 3 cảm ứng điện từ. Hữu ích là thế, nhưng không phải ai cũng biết về định nghĩa, nguyên lý thực hiện quy tắc này. Nếu chưa biết gì về quy tắc nắm bàn tay phải kỳ diệu này, những thông tin dưới đây là dành cho bạn.

I. Tìm hiểu về khái niệm quy tắc nắm tay phải

Quy tắc nắm bàn tay phải được áp dụng để xác định chiều của các đường sức từ và được phát biểu như sau:

“Nắm bàn tay phải vào sao cho ngón cái choãi ra nằm dọc theo dây dẫn, lúc đó, ngón cái chỉ theo hướng của dòng điện, các ngón tay còn lại chỉ chiều đường sức từ”.

1. Khái niệm từ trường

Trước khi đi kỹ hơn vào cách áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải, ta cần hiểu thêm một số khái niệm cơ bản khác liên quan.

Từ trường là một dạng vật chất trong không gian, có các lực từ tác dụng lên nam châm hay dòng điện ở trong đó.

Từ trường ở một điểm có hướng trùng với hướng của nam châm nhỏ khi thanh nam châm này được đặt cân bằng tại điểm đó.

2. Khái niệm đường sức từ

Đường sức từ chính là những đường vẽ có tiếp tuyến của mỗi điểm trùng với hướng của từ trường.

Ta có thể thấy rằng xung quanh một dòng điện luôn có một từ trường. Chiều quay của nam châm nhỏ được quyết định bởi hướng của từ trường. Như vậy, hướng đi của từ trường là đường sức từ ở mỗi điểm.

II. Khám phá những ứng dụng của quy tắc bàn tay phải

1. Xác định chiều của từ trường trong dây dẫn thẳng

Đối với dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài, đường sức từ của nó được xác định là đường tròn có tâm nằm trên dây dẫn điện và hướng vuông góc với dòng điện. Áp dụng quy tắc của Fleming, ta khám phá ra được chiều của đường sức từ như sau:

Thực hiện nắm bàn tay phải sao cho ngón cái choãi ra và đặt dọc theo dây dẫn I. Khi đó, ngón cái sẽ chỉ theo chiều của dòng điện về điểm Q, các ngón tay còn lại biểu thị chiều của đường sức từ trên đường tròn có tâm O (O nằm trên dây dẫn I).

Công thức tính độ lớn của cảm ứng từ là:

B = 2. 10-7. I/r 

Trong đó: 

•  B: Độ lớn cảm ứng từ tại điểm cần tính
•  I: Cường độ dòng điện
•  r: Khoảng cách từ điểm cần xác định đến dây dẫn (m)

2. Xác định hướng từ trường của dòng điện trong dây dẫn vòng tròn

Với dây dẫn uốn thành vòng tròn, đường sức từ đi qua dây dẫn được chia thành 2 loại: là đường sức từ đi qua tâm và đường sức từ hình tròn.

Đường sức từ đi qua tâm của vòng tròn dây dẫn được quy xem là đường thẳng dài vô hạn. 
Những đường sức từ khác là các đường cong đi vào cực Nam vào có chiều đi ra cực Bắc của dòng điện tròn.

Công thức để tính độ lớn cảm ứng từ ở tâm đường tròn O là:

B = 2. 10-7. π. N. I/r 

Trong đó:

• B: Độ lớn cảm ứng từ tính tại điểm
• N: Số vòng tròn của dây dẫn điện
• I: Cường độ dòng điện (A)
• r: bán kính của vòng dây dẫn (m)

3. Xác định hướng từ trường của dòng điện trong ống dây hình trụ

Với trường hợp dây dẫn điện quấn quanh ống hình trụ, các đường sức từ được xác định là những đường thẳng song song. Chiều của đường sức từ khi áp dụng quy tắc bàn tay phải như sau:

Thực hiện nắm bàn tay phải sao cho chiều khum của 4 ngón tay trùng với chiều dòng điện quấn trên ống dây, khi đó, ngón tay cái choãi ra sẽ chỉ hướng của đường sức từ. Đường sức từ có chiều đi vào từ mặt Nam và đi ra ở mặt Bắc ống dây.

Công thức để tính độ lớn cảm ứng từ ở lòng ống dây là:

B = 4. 10-7. π. N. I/l 

Trong đó:

• B: Độ lớn cảm ứng từ tính tại một điểm 
• N: Số vòng dây dẫn điện
• I: Cường độ dòng điện (A) 
• r: Bán kính vòng dây (m) 
• l: Chiều dài của ống dây hình trụ (m)

4. Xác định hướng của nam châm thứ

Quy tắc nắm tay phải giúp xác định chiều của từ trường khi bạn đã biết trước chiều của dòng điện hoặc ngược lại. Từ đó ta có thể suy ra được các cực của nam châm thứ.

5. Xác định chiều điện từ của ống dây dẫn và nam châm thứ nhỏ

Quy tắc của Fleming còn được dùng để xác định chiều của đường sức từ chạy trong ống dây dẫn có hình trụ. Có thể xác định được cả chiều Nam Bắc của ống dây dẫn điện.

Theo nguyên lý, nam châm bị ống dây dẫn hút vào khi bạn đặt nam châm vào gần ống dây có chiều trái nhau và ngược lại đẩy nhau nếu để đầu nam châm cùng dấu với ống dây.

III. Tổng hợp các bài tập vận dụng liên quan tới quy tắc nắm tay phải

Bài 1: Treo thanh nam châm thử nhỏ đặt gần một ống dây dẫn điện ký hiệu là AB (như hình bên dưới). Khi đóng mạch điện: 

• a) Hiện tượng gì xảy ra đối với thanh nam châm thử nhỏ?
• b) Nếu ta đổi chiều của dây dẫn điện thì hiện tượng gì xảy ra?

Lời giải:

a) Khi đóng mạch điện, nam châm sẽ ngay lập tức bị hút lại gần dây dẫn điện. Vì khi đóng mạch điện K, dòng điện sẽ chạy theo hướng từ từ A -> B, từ trong ra ngoài mặt phẳng.

Áp dụng quy tắc bàn tay phải, ta xác định được hướng đi của từ trường vào đầu A, ra từ đầu B. Nên B được xác định là cực Bắc (N), xảy ra hiện tượng hút với cực nam (S) của nam châm thử nhỏ.

b) Khi ta thực hiện đổi chiều dòng điện của ống dây, dòng điện đổi chiều trong vòng dây theo hướng từ ngoài vào trong của mặt phẳng.

Áp dụng quy tắc bàn tay phải, chiều từ trường đi ra từ A. Suy ra B lúc này đổi thành cực Nam (S) và đẩy nam châm thử đi ra xa. Nhưng do nam châm đang treo ở trên dây, nên lúc đầu nam châm sẽ bị đẩy ra xa rồi xoay lại để cực Bắc (N) về phía ống dẫn và bị hút về phía ống dẫn điện.

Bài 2: Một đoạn dây dẫn AB thẳng dài đặt gần một cuộn dây dẫn có dòng điện chạy qua (ký hiệu là AB nằm ở phía đầu M) như hình bên dưới. Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn AB theo chiều từ A đến B thì lực điện từ tác dụng lên đoạn AB như thế nào? Chọn đáp án đúng bên dưới. 

A. Lực từ có phương thẳng đứng từ dưới lên trên 
B. Lực từ có phương thẳng đứng từ trên xuống dưới 
C. Lực từ có phương chạy theo phương song song với cuộn dây, hướng xa đầu M của cuộn dây dẫn 
D. Lực từ có phương chạy theo phương song song với cuộn dây, hướng lại gần đầu M của cuộn dây.

Lời giải:

• Theo quy tắc bàn tay phải, đầu M của ống dây là cực Bắc, từ trường đi ra từ đầu M của ống dây ra ngoài. Kết hợp sử dụng quy tắc bàn tay trái, suy ra được lực điện từ tác dụng lên dây AB sẽ có phương thẳng đứng từ trên xuống dưới như hình vẽ.
• Chọn B

Quy tắc nắm tay phải trong vật lý là kiến thức không thể thiếu. Để nắm vững quy tắc và vận dụng tốt nó, các bạn cần hiểu được cả quy tắc bàn tay trái và bàn tay phải.

Bài viết nên đọc

• Biến dị tổ hợp là gì? Lợi thế của tự nhiên hay là sản phẩm lỗi?
• Từ phức là gì? Toàn tập các khái niệm liên quan đến từ phức trong tiếng Việt
• Từ láy là gì? 3 cách để không mắc sai lầm khi phân biệt từ ghép với từ láy
• Câu ghép là gì? Tổng quan kiến thức về câu ghép và các ví dụ điển hình
• Khám phá lý thuyết và cách áp dụng quy tắc bàn tay trái chuẩn nhất