Bài học

Nam châm vĩnh cửu và tương tác giữa hai cực từ

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em gọi đúng tên hai cực của một nam châm (cực Bắc và cực Nam), dự đoán được hai nam châm đặt gần nhau sẽ hút hay đẩy nhau tuỳ theo cực nào đối diện nhau, và dùng kim nam châm thử để xác định cực của một thanh nam châm chưa ghi kí hiệu.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở lớp 7, em đã biết nam châm có khả năng hút được sắt, thép, nickel, cobalt, nhưng không hút nhôm, đồng hay các vật liệu không nhiễm từ; kim nam châm đặt tự do (như trong la bàn) luôn tự xoay về một hướng xác định. Bài này gọi tên chính xác hai đầu của nam châm và tìm ra quy luật khi đặt hai nam châm lại gần nhau.

Khởi động

Người đi biển ngày xưa dùng la bàn để tìm hướng giữa đại dương mênh mông, không một mốc đường nào cả. Kim la bàn nhỏ xíu ấy luôn chỉ đúng hướng Bắc — Nam dù con tàu xoay chuyển thế nào. Điều gì khiến kim la bàn "biết" hướng?

Kiến thức trọng tâm

Mỗi nam châm (thẳng, chữ U, hay kim nam châm) đều có hai cực từ: cực Bắc (kí hiệu N, sơn màu đỏ theo quy ước) và cực Nam (kí hiệu S, sơn màu xanh hoặc để nguyên màu kim loại). Khi để tự do trên một trục quay thẳng đứng không ma sát, kim nam châm luôn định hướng sao cho cực Bắc của nó chỉ về hướng bắc địa lí — đây chính là nguyên tắc hoạt động của la bàn, và cũng là lí do gọi tên hai cực là Bắc, Nam.

Khi đưa hai nam châm lại gần nhau, chúng tương tác với nhau bằng lực từ: các cực cùng tên đẩy nhau, các cực khác tên hút nhau. Cực Bắc đặt gần cực Bắc của nam châm kia thì đẩy nhau; cực Bắc đặt gần cực Nam thì hút nhau. Lực từ này càng mạnh khi hai cực càng gần nhau và càng yếu dần khi khoảng cách tăng lên.

Từ quy luật hút — đẩy đó, ta có một cách xác định cực của một nam châm chưa ghi kí hiệu: đưa một đầu của kim nam châm đã biết cực (ví dụ kim la bàn, biết trước đầu nào là cực Bắc) lại gần một đầu của thanh nam châm cần xác định. Nếu chúng hút nhau, đầu thanh nam châm đó là cực khác tên với đầu kim la bàn đưa tới; nếu đẩy nhau, đầu đó cùng tên. Lặp lại phép thử này ở cả hai đầu thanh nam châm để xác định chắc chắn.

Mỗi nam châm (thẳng, chữ U, hay kim nam châm) đều có hai cực từ: **cực Bắc** (kí hiệu N, sơn màu đỏ theo quy ước) và **cực Nam** (kí hiệu S, sơn màu xanh hoặc để nguyên màu kim loại). Khi để tự do trên một trục quay thẳng đứng không ma sát, kim nam châm luôn định hướng sao cho cực Bắc của nó chỉ về hướng bắc địa lí — đây chính là nguyên tắc hoạt động của la bàn, và cũng là lí do gọi tên hai cực là Bắc, Nam. Khi đưa hai nam châm lại gần nhau, chúng tương tác với nhau bằng lực từ: **các cực cùng tên đẩy nhau, các cực khác tên hút nhau**. Cực Bắc đặt gần cực Bắc của nam châm kia thì đẩy nhau; cực Bắc đặt gần cực Nam thì hút nhau. Lực từ này càng mạnh khi hai cực càng gần nhau và càng yếu dần khi khoảng cách tăng lên. Từ quy luật hút — đẩy đó, ta có một cách xác định cực của một nam châm chưa ghi kí hiệu: đưa một đầu của kim nam châm đã biết cực (ví dụ kim la bàn, biết trước đầu nào là cực Bắc) lại gần một đầu của thanh nam châm cần xác định. Nếu chúng hút nhau, đầu thanh nam châm đó là cực khác tên với đầu kim la bàn đưa tới; nếu đẩy nhau, đầu đó cùng tên. Lặp lại phép thử này ở cả hai đầu thanh nam châm để xác định chắc chắn.

Ví dụ

Dự đoán tương tác giữa hai nam châm

1
Ba thanh nam châm A, B, C được đặt thẳng hàng, đầu kề đầu. Biết đầu phải của A là cực Bắc, đầu trái của B (đối diện A) là cực Bắc, đầu phải của B là cực Nam, đầu trái của C (đối diện B) là cực Bắc. Hỏi cặp A–B và cặp B–C hút hay đẩy nhau?
2
Đầu phải của A là cực Bắc, đầu trái của B đối diện nó cũng là cực Bắc. Hai cực đối diện cùng tên (Bắc — Bắc).
3
Đầu phải của B là cực Nam, đầu trái của C đối diện nó là cực Bắc. Hai cực đối diện khác tên (Nam — Bắc).
4
Theo quy tắc cùng cực đẩy nhau, khác cực hút nhau: cặp A–B đẩy nhau; cặp B–C hút nhau. Vậy nam châm B bị đẩy từ phía A và bị hút về phía C.

Ví dụ

Xác định cực của một thanh nam châm chưa ghi kí hiệu

1
Một thanh nam châm bị mất nhãn hai đầu. Em có một kim la bàn đã biết đầu mũi tên đỏ là cực Bắc. Đưa đầu mũi tên đỏ của la bàn lại gần đầu M của thanh nam châm, thấy chúng hút nhau. Hỏi đầu M là cực gì? Nêu cách xác định đầu còn lại (đầu P) mà không cần đo lại từ đầu.
2
Ta có đầu mũi tên đỏ của la bàn là cực Bắc. Đầu M hút với cực Bắc của la bàn, mà hai cực hút nhau phải khác tên nhau. Suy ra đầu M là cực Nam.
3
Một thanh nam châm luôn có đúng hai cực khác tên ở hai đầu — đây là tính chất cơ bản đã học, không có nam châm nào chỉ mang một loại cực duy nhất. Do đó, không cần đưa kim la bàn lại gần đầu P để đo lại: đầu P đối diện với M chắc chắn là cực Bắc.
4
Vậy đầu M là cực Nam, đầu P là cực Bắc.

Sai lầm thường gặp

Học sinh hay nhớ ngược quy tắc, tưởng "cùng cực thì hút nhau". Hãy nhớ đúng: cùng tên đẩy nhau, khác tên hút nhau — giống hệt quy luật của điện tích cùng dấu và trái dấu mà em đã gặp, chỉ khác đối tượng là cực từ chứ không phải điện tích.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Hai cực của nam châm là Bắc (N) và Nam (S). Cùng tên đẩy nhau, khác tên hút nhau. Muốn xác định cực của một nam châm lạ, đưa một cực đã biết tên lại gần: hút nhau thì khác tên, đẩy nhau thì cùng tên — và nhớ mỗi thanh nam châm luôn có đủ hai cực khác tên ở hai đầu.

Bài tiếp theo tìm hiểu một loại nam châm đặc biệt: nam châm điện, thứ nam châm mà con người có thể "bật" và "tắt" từ tính theo ý muốn.