Mở đầu: Loa điện động là thiết bị biến đổi tín hiệu điện thành dao động cơ học, từ đó tạo ra sóng âm lan truyền ra môi trường vật chất. Bộ phận thực hiện nhiệm vụ này là củ loa (Hình 10.1) có cấu tạo cơ bản gồm cuộn dây được đặt trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu, cuộn dây cũng đồng thời được nối với màng loa. Khi có dòng điện thay đổi qua cuộn dây, cuộn dây sẽ dao động làm cho màng loa cũng dao động tạo ra sóng âm. Vậy lực nào làm cho cuộn dây dao động?
Lời giải:
- Lực từ làm cho cuộn dây dao động.
1. Thí nghiệm khảo sát phương và chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện
Thảo luận 1: Bố trí thí nghiệm như Hình 10.2, thực hiện thí nghiệm theo các bước gợi ý để xác định phương, chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường.
Lời giải:
- Xác định phương, chiều của lực từ theo quy tắc bàn tay trái.
Thảo luận 2: Quan sát bố trí thí nghiệm trong Hình 10.2, hãy trình bày nguyên tắc đo lực từ.
Lời giải:
- Khi có dòng điện chạy qua khung dây, lực từ do từ trường của nam châm tạo ra tác dụng lên khung dây, có thể đẩy khung dây lên trên hoặc kéo khung dây xuống dưới, khi đó nhờ có đòn cân sẽ làm cho lực kế thay đổi số chỉ. Số chỉ khi đó chính là độ lớn của lực từ đo được.
Thảo luận 3: Hãy dự đoán chiều dịch chuyển của đoạn dây dẫn nằm trong từ trường phụ thuộc vào những yếu tố nào. Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng.
Lời giải:
- Đoạn dây dịch chuyển theo phương vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện và từ trường.
Thảo luận 4: Xét đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện được đặt trong từ trường có các đường sức từ song song với đoạn dây. Có thể sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn trong trường hợp này không? Thảo luận để rút ra lưu ý của quy tắc bàn tay trái.
Lời giải:
- Trong trường hợp này, các đường sức từ song song với đoạn dây dẫn, do đó không có chiều nào "từ cổ tay đến các ngón tay". Việc áp dụng quy tắc bàn tay trái theo cách thông thường sẽ gặp khó khăn.
- Quy tắc bàn tay trái là một công cụ hữu ích để xác định chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng quy tắc này chỉ áp dụng cho trường hợp các đường sức từ cắt ngang đoạn dây dẫn. Trong trường hợp đặc biệt khi các đường sức từ song song với đoạn dây dẫn, ta cần thay đổi hướng của lòng bàn tay để áp dụng quy tắc này một cách chính xác.
Ngoài ra, quy tắc bàn tay trái còn có một số hạn chế sau:
+ Quy tắc này không cung cấp thông tin về độ lớn của lực từ.
+ Quy tắc này chỉ áp dụng cho trường hợp từ trường đều.
Để khắc phục những hạn chế này, ta cần sử dụng các công thức vật lý để tính toán độ lớn của lực từ và áp dụng các phương pháp khác để xác định lực từ trong trường hợp từ trường không đều.
Luyện tập: Xác định phương và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I đặt trong từ trường đều như Hình 10.5. Biết dòng điện I có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ.
Lưu ý: Kí hiệu 
chỉ chiều dòng điện từ mặt phẳng hình vẽ hướng thẳng ra ngoài; 
chỉ chiều dòng điện từ ngoài hướng thẳng vào mặt phẳng hình vẽ.
Lời giải:
Sử dụng quy tắc bàn tay trái xác định được lực từ có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên.
Vận dụng: Dựa vào kiến thức đã học về lực từ cũng như tìm hiểu trên sách, báo, internet, ... em hãy trình bày sơ lược về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của loa điện động.
Lời giải:
* Cấu tạo của loa điện động
Trong các bộ phận của loa điện động, quan trọng nhất của loa chính là màng loa vì đây là nơi âm thanh sẽ được phát ra và truyền thẳng đến tai người nghe.
Ngoài ra, loa điện động còn bao gồm một số thành phần khác như:
+ Màng nhện (spider) có tác dụng giữ cho lõi cuộn âm cố định được vị trí, vì khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn âm sẽ tạo ra lực từ trường chuyển động, giúp tạo nên một lực hướng trục đẩy cuộn âm ra hoặc vào, kéo theo là chuyển động của màng loa.
+ Khung cho loa (basket hoặc frame), thường được làm bằng kim loại đúc hoặc hàn, là nơi cố định toàn bộ các bộ phận của loa.
+ Viền loa (surround) bao phủ bề ngoài của khung và màng loa, giúp giữ cho màng nón loa nằm yên vị trí vào khung trong khi vẫn rung theo từng chuyển động của cuộn âm.
+ Khoảng lệch (excursion) là khoảng cách tối đa cho màng nón loa chuyển động ra/vào.
* Nguyên lý hoạt động của loa điện động
Vì nguyên tắc hoạt động của loại loa này là kỹ thuật điện cơ, nên sẽ có một cuộn dây được gắn với các màng loa đặt trong khe hẹp có từ trường. Khi dòng điện đi qua, cuộn dây sẽ rung và làm chuyển động màng loa giúp truyền ra không khí, tác động vào người nghe.
Để giúp âm thanh được truyền tải tốt hơn ở mọi dải tần, hệ thống loa điện động sẽ bao gồm các loại loa sở hữu các cấu tạo và kích thước củ loa khác nhau. Vì mỗi loa con sẽ đảm nhiệm một dải tần riêng biệt giúp âm thanh được phát ra tốt hơn:
+ Dải tần thấp: Biên độ dao động của các cuộn dây lớn, màng loa phải rộng, vậy nên loa trầm thường phụ trách cho dải tần này. Chính vì thế mà các củ loa bass thường có màng loa rất lớn.
+ Dải tần cao: Biên độ dao động cuộn dây nhanh, màng loa phải nhỏ để không cản trở, thường được phụ trách bởi loa tép (loa tweeter). Vì thế mà củ loa treble thường được thiết kế kích thước rất nhỏ so với loa bass.
+ Dải tần trung bình hoặc từng dải tần nhất định: Màng loa cần được cần bằng, thường được tái tạo bởi loa trung.
2. Độ lớn cảm ứng từ
Thảo luận 5: Độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện phụ thuộc vào các yếu tố nào?
Lời giải:
Độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Cường độ dòng điện (I): Lực từ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện. Nghĩa là, cường độ dòng điện càng lớn, lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn càng lớn.
- Độ lớn từ trường (B): Lực từ tỉ lệ thuận với độ lớn từ trường. Nghĩa là, từ trường càng mạnh, lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn càng lớn.
- Chiều dài của đoạn dây dẫn (l): Lực từ tỉ lệ thuận với chiều dài của đoạn dây dẫn. Nghĩa là, đoạn dây dẫn càng dài, lực từ tác dụng lên nó càng lớn.
- Góc giữa vectơ dòng điện (I) và vectơ từ trường (B): Lực từ có giá trị cực đại khi vectơ dòng điện vuông góc với vectơ từ trường. Khi góc giữa hai vectơ này tăng hoặc giảm, giá trị của lực từ sẽ giảm.
Luyện tập: Dựa vào biểu thức (10.1) , hãy xác định đơn vị đo cảm ứng từ B theo các đơn vị cơ bản trong hệ đơn vị SI.
Lời giải:
- Trong hệ SI, cảm ứng từ có đơn vị là tesla (T). Đơn vị tesla là đơn vị dẫn xuất, có mối liên hệ với các đơn vị cơ bản theo biểu thức:
Bài tập
Bài tập 1: Xét đoạn dây dẫn thẳng, dài mang dòng điện đặt trong từ trường đều theo phương vuông góc với đường sức từ. Hình vẽ nào dưới đây biểu diễn đúng phương, chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn?
Đáp án: A
Sử dụng quy tắc bàn tay trái: Lòng bàn tay hứng lấy đường sức từ, chiều từ cổ tay tới ngón tay là chiều dòng điện, ngón cái choãi ra 900 chỉ chiều lực từ.
Bài tập 2: Đặt một khung dây dẫn hình chữ nhật mang dòng điện có cường độ I trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây như Hình 10P.1. Xác định lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây.
Lời giải:
Bài tập 3: Một đoạn dây dài 15 cm được đặt vuông góc với một từ trường đều. Khi có dòng điện 2 A chạy trong đoạn dây thì có lực từ tác dụng lên đoạn dây. Biết lực từ có độ lớn là 0,015 N. Xác định cảm ứng từ của từ trường đều.
Lời giải:
