Để nghiên cứu về lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều, cần chuẩn bị một số thiết bị thí nghiệm cơ bản. Các thiết bị này bao gồm một hộp gỗ tích hợp nhiều thành phần quan trọng.
Hộp gỗ thí nghiệm lực từ, bao gồm nam châm điện, đòn cân, ampe kế và các thiết bị điều chỉnh dòng điện.
Trong đó, ta có nam châm điện có gắn hai tấm thép (1) tạo ra từ trường. Đòn cân (2) có gắn gia trọng (3) và khớp nối với khung dây dẫn (4) cho phép đo lực từ. Hai ampe kế có giới hạn đo 2 A (5), (6) dùng để đo cường độ dòng điện. Hai biến trở xoay 100 Ω -2 A (7) dùng để điều chỉnh dòng điện. Hai công tắc (8), (9) dùng để đảo chiều dòng điện qua nam châm điện và khung dây.
Khung dây n = 200 vòng có chiều dài một cạnh l = 10 cm (10) đặt trong từ trường. Lực kế có giới hạn đo 0,5 N (11) để đo lực từ. Đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện (12) giúp xác định chiều của từ trường. Nguồn điện một chiều, điện áp 12 V (13) cung cấp năng lượng cho thí nghiệm và các dây nối để kết nối các thành phần.
Tiến hành thí nghiệm:
Đầu tiên, nối hai cực của nguồn điện DC với hai chốt cắm trên hộp gỗ. Sau đó, cắm khung dây vào khớp nối trên đòn cân, sao cho cạnh dưới của khung dây nằm trong từ trường của nam châm. Cuối cùng, đóng công tắc điện để bắt đầu thí nghiệm.
Yêu cầu thí nghiệm:
- Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra với khung dây. Khung dây sẽ chịu tác dụng của lực từ và có thể di chuyển.
- Quan sát đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện, các cực của nguồn điện nối với khung dây, chiều chuyển động của khung dây, từ đó xác định chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm điện, chiều dòng điện và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện I trong từ trường.
- Dự đoán hiện tượng xảy ra nếu đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện hoặc khung dây. Việc đổi chiều dòng điện sẽ làm thay đổi chiều của lực từ.
- Đề xuất cách xác định chiều của lực từ. Có thể sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều của lực từ.
Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với:
- Cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn.
- Độ lớn của cảm ứng từ.
- Chiều dài của đoạn dây dẫn.
- Sin của góc hợp bởi hướng của dòng điện và hướng của từ trường.
Vậy, Lực Từ Tác Dụng Lên Một đoạn Dây Dẫn Mang Dòng điện đặt Trong Từ Trường đều Không Tỉ Lệ Thuận Với bình phương khoảng cách từ dây dẫn đến nguồn từ trường (trong trường hợp từ trường không đều) hoặc bất kỳ yếu tố nào không nằm trong công thức tính lực từ: F = BIlsin(α). Cụ thể, nếu từ trường không đều, độ lớn của cảm ứng từ B sẽ thay đổi theo vị trí, và lực từ sẽ không còn tỉ lệ thuận với một hằng số nữa mà phụ thuộc vào sự biến thiên của B theo vị trí.
