chuong 31 2

Đó là nguyên lý hoạt động cơ bản của máy biến áp, cuộn cảm, các loại động cơ điện, máy phát điện và nam châm điện... Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đó chính là cuộn dây điện được

Định luật Faraday

Chương 31

Từ thông

Từ thông -thông lượng từ trường

Từ thông là “lượng” từ trường đi qua diện tích A  

Hiện tượng cảm ứng điện từ 

Hiện tượng cảm ứng điện từ là sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch đó biến thiên theo thời gian

Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín là suất điện động cảm ứng-emf

Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông biến thiên

Nếu từ thông ngừng biến đổi thì dòng điện cảm ứng tắt

Định luật cảm ứng Faraday

Định luật cảm ứng Faraday là định luật cơ bản trong điện từ, cho biết từ trường tương tác với một mạch điện để tạo ra suất điện động (emf) - một hiện tượng gọi là cảm ứng điện từ

Đó là nguyên lý hoạt động cơ bản của máy biến áp, cuộn cảm, các loại động cơ điện, máy phát điện và nam châm điện

Suất điện động cảm ứng

Suất điện động cảm ứng trong mạch tỉ lệ với lượng từ thông qua mạch biến thiên theo thời gian

Từ thông tăng lên < 0

Từ thông g > 0

Chiều: cong các đầu ngón tay của bàn tay phải dọc theo , nếu > 0 thì cùng chiều ngón tay (ngược chiều kim đồng hồ), nếu < 0 thì ngược chiều ngón tay (cùng chiều kim đồng hồ)

Từ thông qua một mạch thay đổi mới có thể gây ra emf

Nếu từ thông là hằng số không gây ra emf

Nếu mạch bao gồm N vòng dây, có cùng diện tích, là từ thông qua một vòng dây, mỗi vòng có một suất điện động cảm ứng thì định luật Faraday trở thành: 

Nếu mạch là một dây dẫn kín, emf sinh ra dòng điện cảm ứng Dòng điện này sinh ra một từ trường bổ sung qua mạch Theo quy tắc bàn tay phải, từ trường

đó ngược với hướng tăng của từ trường

Câu hỏi 1

Một vòng dây tròn được giữ trong từ

trường đều với mặt phẳng vòng dây

vuông góc với các đường cảm ứng từ

điện cảm ứng trong vòng dây?

2 xoay vòng dây quanh

trục vuông góc với các đường sức từ

3 giữ hướng của vòng dây

cố định và di chuyển dọc theo đường sức từ

4 kéo vòng dây ra khỏi từ

trường

1 2 3 4

25% 25% 25% 25%

Cách tạo ra suất điện động cảm ứng

Từ thông qua vòng dây biến thiên theo thời gian

Ứng dụng của định luật Faraday

Công nghiệp- Máy phát điện

Máy phát điện sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra điện

"Trái tim" của máy phát điện là một cuộn dây trong từ trường Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đó chính

là cuộn dây điện được quay trong từ trường với tốc độ không đổi sẽ tạo ra điện xoay chiều. 

Thay vì sử dụng một cuộn dây quay trong từ trường không đổi, có một cách khác để sử dụng cảm ứng điện từ

đó chính là giữ cho cuộn dây đứng yên và quay nam châm vĩnh cữu (cung cấp từ trường và từ thông) xung quanh cuộn dây.

Dynamo xe đạp

Dinamo xe đạp là thiết bị bao gồm nắp quay ở phía trên, nam châm vĩnh cửu

có thể quay ở trong nối cùng trục với nắp quay và một cuộn dây dẫn đứng yên Dinamo xe đạp có cấu tạo gồm một nam châm vĩnh cửu gắn liền với núm qua trục quay.

Nam châm vĩnh cửu này được đặt trong lòng ( hoặc đặt trước) một cuộn dây dẫn khép kín có lõi bằng sắt non Khi ta đặt núm tì sát vào bánh xe, lúc bánh

xe di chuyển, sẽ làm núm xoay theo, kéo theo đó là trục quay có gắn thanh

nam châm cũng xoay theo Khi thanh nam châm xoay (trong lòng) hoặc trước cuộn dây, số đường sức từ xuyên qua cuộn dây biến thiên, nên tạo ra hiện

tượng cảm ứng điện từ, tạo ra d

Tuy nhiên, các máy phát điện dinamo truyền thống có kích thước nhỏ, nên

công suất phát điện nhỏ hơn, hiệu điện thế, cường độ dòng điện ở đầu ra đều nhỏ hơn do đó dinamo còn phải cải cách nhiều để được như mong muốn, cả về trọng lượng, ma sát trên lốp xe hay vành bánh xe, và cần một khung xe lớn để

có thể lắp đặt.òng điện cảm ứng xoay chiều tạo ra dòng điện.

Nhạc- đàn ghi-ta điện

Tạo ra âm thanh trong đàn ghi-ta điện Cuộn dây trong trường hợp này được gọi là cuộn bắt, được đặt gần dây đàn ghi-ta được làm từ kim loại dễ nhiễm từ Một thanh nam châm vĩnh cửu trong cuộn dây từ hóa một phần sợi dây gần nó Khi dây đàn rung, phần từ hóa sinh ra từ thông thay đổi trong cuộn dây Từ thông thay đổi sinh ra một suất điện động cảm ứng cấp cho một bộ khuếch đại (amplifier) Đầu ra của bộ khuếch đại đưa tín hiệu đến loa phát ra âm thanh.

Bếp từ

Bếp từ làm nóng nồi nấu bằng cảm ứng từ, thay vì dẫn nhiệt từ lửa, hay bộ phận làm nóng bằng điện Bởi dòng điện cảm ứng trực tiếp làm nóng dụng cụ nấu bếp, do đó, nhiệt độ có thể tăng lên rất nhanh. 

Trong một bếp từ, một cuộn dây đồng được đặt dưới một vật liệu cách nhiệt (thường là mặt bếp bằng gốm thủy tinh), một dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộc dây đồng này.

Từ trường dao động tạo ra một từ thông liên tục từ hóa nồi, và lúc này, nồi đóng vai trò như lõi từ của máy biến áp Điều này đã tạo ra dòng điện xoáy (còn gọi là dòng điện Fu-cô, dòng điện Foucalt) lớn ở trong nồi Do tác dụng của dòng Fu-cô, nồi nấu chịu tác dụng của lực hãm điện từ, từ đó, gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun - Lenxơ và làm nóng đáy nồi cũng như thức ăn bên trong.

Ngoài ra, còn rất nhiều ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ trong thiết bị gia dụng như: lò vi sóng, máy xay, lò nướng, chuông cửa, loa, v.v

GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter)

GFCI bảo vệ người dùng các dụng cụ điện không bị điện giật Khi dòng

trong sợi dây chạy theo hướng đối diện, cảm ứng từ là zero Khi dòng đi

theo chiều ngược lại trong dây 2 thay đổi, cảm ứng từ không còn là zero

nữa Kết quả là suất điện động cảm ứng có thể dùng để khởi động cầu

dao tự động.

Tàu đệm từ

Đây là một trong những công nghệ hiện đại của các hệ thống giao thông sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ Tàu đệm từ sử dụng nam châm điện mạnh để tăng tốc độ của tàu lên một mức đáng kinh ngạc.

Tàu đệm từ sử dụng nguyên tắc cơ bản của nam châm như hệ thống treo điện từ (EMS) và hệ thống treo động lực học (EDS) Trong EMS, nam châm điện được sử dụng trên thân tàu sẽ hút vào đường ray sắt.Những nam châm này bao quanh các đường ray dẫn hướng và lực hấp dẫn giữa các hướng dẫn và nam châm nâng tàu lên Trong EDS, tàu được đẩy bởi lực đẩy trong các hướng dẫn dẫn điện bằng dòng điện cảm ứng.

https://vatlypt.com/bep-tu-nguyen-tac-hoat-dong-ung-dung-hien-tuong-cam-ung-dien-tu.t324.html

https://www.youtube.com/watch?v=WfRB-joZQb8

Suất điện động do chuyển động

- motional emf

Lực từ tác dụng lên các điện tích trong một dây dẫn chuyển động sẽ tạo ra một điện áp (Suất điện động chuyển động)

• Xét dây dẫn di chuyển qua từ trường đều vuông góc với dây

còn điện tích âm di chuyển về đầu phía dưới của dây

dẫn

Các hạt tiếp tục phân cực cho đến khi lực điện cân bằng với lực từ

Phương trình diễn tả sự cân bằng:

Điện trường sinh ra trong dây dẫn tỉ lệ với hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn theo biểu thức:

Một hiệu điện thế được duy trì giữa hai đầu dây dẫn khi dây vẫn còn di chuyển trong từ trường đều

Nếu chiều chuyển động của dây ngược lại, chiều của hiệu điện thế cũng ngược lại

Thanh dẫn trượt

Một mạch điện có một thanh dẫn chiều dài l di

chuyển dọc theo hai thanh ray song song cố định Giả sử thanh có điện trở bằng không và mạch có điện trở R

Sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng trong thanh đó tương đương với sự tồn tại của một nguồn điện trên thanh đó; nguồn điện này có suất điện động

bàn tay phải duỗi thẳng để cho các đường cảm ứng từ hướng vào lòng bàn tay, ngón tay cái choãi ra chỉ chiều chuyển động của dây dẫn, khi đó chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều đi qua nguồn tương đương từ cực âm sang cực dương

Từ thông gửi qua mạch là:

Suất điện động cảm ứng:

Cường độ dòng điện 

Hình 31 8 a Một thanh trượt chuyển động với vận tốc dọc theo hai thanh ray dưới tác động của một lực ,b Sơ đồ mạch tương đương.

Công suất của ngoại lực 

Câu hỏi 2

Một lực có độ lớn gây ra vận tốc v và

thực hiện công suất P Nếu lực tăng

lên làm cho vận tốc của thanh tăng lên

gấp đôi thành 2v Hãy tìm độ lớn của

lực mới và công suất cung cấp?

1 2 3 4

Định luật Lenz

Dòng điện cảm ứng trong vòng dây phải có chiều sao cho nó tạo ra một từ trường chống lại sự thay đổi từ thông gửi qua diện tích giới hạn bởi vòng dây đó

Câu hỏi 3

Một vòng dây tròn rơi xuống

một dây mang dòng điện hướng

về bên trái Chiều của dòng cảm

3. 0

Dòng điện cảm ứng và điện trường

Điện trường được sinh ra trong vật dẫn là do từ thông biến thiên

Điện trường cảm ứng này không bảo toàn Nó không giống như điện trường tạo bởi điện tích đứng yên

Xét vòng dây kín, bán kính r 

Điện trường cảm ứng của vòng dây kín, bán kính r 

Định luật Faraday được viết ở dạng tổng quát 

Ví dụ:

Máy phát điện và động cơ điện

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện

https://maymocxaydung.com.vn/may-phat-dien-la-gi cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong 200n2.html

https://quangminh.vn/cong-nghe/cau-tao-may-phat-dien/

http://enertechvn.com/detail/dong-co-dien-ban-da-hieu-gi-ve-no-21.html

Khung dây quay

Giả sử một khung dây có N vòng và tất cả các vòng dây đều có cùng diện tích quay trong

từ trường đều

Suất điện động cảm ứng trong vòng dây thay đổi hình sin theo thời gian

Từ thông qua khung tại cùng thời điểm t là Suất điện động cảm ứng trong khung:

Trong một máy phát điện AC một cuộn

dây với N vòng quay trong từ trường

Trong các lựa chọn sau, điều nào không

làm tăng suất điện động sinh ra trong

Máy phát điện một chiều

Máy phát điện một chiều DC (Direct-Current Generator) cũng cần

phải có các bộ phận như máy phát điện AC Sự khác biệt chính là chỗ tiếp xúc với khung quay được làm bằng một vành đai tách rời thành hai vành khuyên được gọi là bộ chuyển mạch.

Hiệu điện thế đầu ra luôn luôn có một chiều và cũng dao động theo thời gian Một dòng DC dạng xung không phù hợp cho hầu hết các ứng dụng Để thu được các dòng DC ổn định hơn, máy phát điện

DC thương mại dùng nhiều cuộn dây và chuyển mạch phân bố sao cho các xung hình sin của các cuộn khác nhau sẽ khác pha nhau Khi các xung này chồng chất, đầu ra DC hầu như không nhấp nhô.

Động cơ điện (motor)

Môtơ là một thiết bị mà năng lượng được chuyển từ điện năng ra công Nó thực chất là cách vận hành máy phát điện đảo ngược Thay vì sinh ra dòng điện bằng cách quay cuộn dây, một dòng điện được cấp cho cuộn dây bởi một nguồn và mômen tác dụng lên cuộn dây mang dòng điện làm nó quay.

Công cơ học có ích có thể thực hiện bằng cách gắn cuộn dây quay với các thiết bị bên ngoài Khi cuộn dây quay trong từ trường, tuy nhiên, sự thay đổi từ thông lại gây ra suất điện động cảm ứng trong cuộn dây; suất điện động cảm ứng này luôn làm giảm dòng trong cuộn dây Nếu không có hiện tượng này định luật Lenz sẽ bị vi

phạm Suất điện động ngược (back emf) tăng khi tốc độ quay của cuộn dây tăng Vì hiệu điện thế gây ra dòng

bằng sự chênh lệch giữa hiệu điện thế của nguồn và suất điện động ngược, dòng trong cuộn dây quay bị giới hạn bởi suất điện động ngược.

Khi động cơ chạy, ban đầu chưa có suất điện động ngược và dòng rất lớn vì nó chỉ bị giới hạn bởi điện trở của cuộn dây Khi cuộn dây bắt đầu quay, suất điện động cảm ứng ngược chiều nguồn cung cấp và dòng trong cuộn dây giảm Nếu tải cơ học tăng, động cơ sẽ chậm lại, làm cho suất điện động ngược giảm Sự giảm này làm tăng dòng trong cuộn dây và do đó làm tăng công suất từ nguồn ngoài Vì vậy, công suất cần cho động cơ hoạt động với các tải lớn nhiều hơn tải nhỏ Nếu động cơ chạy không tải, suất điện động ngược giảm dòng đến giá trị vừa

đủ thắng ma sát và mất mát năng lượng do tỏa nhiệt Nếu tải quá nặng làm động cơ không quay được, do không

có suất điện động ngược có thể dẫn đến dòng quá lớn gây hại đến dây của động cơ

Hệ thống lái xăng và điện

Trong ngành ôtô với hệ thống điều khiển hỗn hợp (hybrid drive system), động cơ

xăng và động cơ điện được kết hợp để tăng hiệu quả về kinh tế và giảm khí thải của nó Năng lượng truyền tới các bánh xe không chỉ dùng động cơ xăng mà còn dùng động cơ điện Khi xe chạy bình thường, mô tơ điện tăng tốc từ lúc nghỉ đến lúc di chuyển ở tốc độ 15 dặm/h Trong suốt thời gian tăng tốc, động cơ không vận hành, vì thế xăng không sử dụng và không có khí thải Ở vận tốc cao, động cơ điện

và xăng cùng hoạt động để động cơ xăng luôn hoạt động ở tốc độ có hiệu suất cao nhất Khi xe thắng lại, động cơ điện hoạt động như máy phát điện và chuyển một phần động năng của xe thành điện năng trở lại acquy dự trữ Trong các xe thông thường, động năng này không thu lại được vì nó chuyển thành nội năng cho thắng

và mặt đường Kết quả là tổng số quãng đường đi được của ô tô khi dùng xăng và động cơ điện cao hơn một cách đáng kể khi dùng xăng theo cách truyền thống

DÒNG ĐIỆN XOÁY

Dòng điện Foucalt (hay còn gọi là dòng điện xoáy) là hiện tượng dòng điện

 sinh ra khi ta đặt một vật dẫn điện vào trong một từ trường biến đổi theo 

thời gian hay vật dẫn chuyển động cắt ngang từ trường

https://dinhnghia.vn/dong-dien-foucalt-fuco.html