Bài giảng vật lý đại cương 1 chương 10 hiện tượng cảm ứng điện từ

CHƯƠNG X HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ I Cảm ứng điện từ 1 Hiện tượng cảm ứng ĐT Khi từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi thì trong mạch xuất hiện một dòng điện Dòng điện đó gọi là dòng điện cảm ứng Và[.]

CHƯƠNG X

HIỆN TƯỢNG

CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

I.Cảm ứng điện từ:

1 Hiện tượng cảm ứng ĐT:

Khi từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi thì trong mạch xuất hiện một dòng điện Dòng điện

đó gọi là dòng điện cảm ứng Và hiện tượng trên được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

2 Định luật Faraday: Suất điện động cảm ứng luôn luôn bằng về trị số, nhưng trái dấu với tốc độ

biến thiên của từ thông gửi qua diện tích của

mạch điện.

d dt



  

3 Định luật Lenz:

Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ

trường do nó sinh ra chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.

4 Suất điện cảm ứng xuất hiện trong thanh dẫn chuyển động trong từ trường.

là từ thông gửi qua diện tích quét bởi thanh trong thời gian dt

d dt



 

d 

4 Suất điện động cảm ứng trong thanh dẫn chuyển động trong từ trường

Lực tác dụng lên điện tích q trong

thanh dẫn với vận tốc trong từ trường :

Nhờ có lực này các hạt mang điện tự do trong

thanh dẫn (với thanh dẫn kim loại thì chỉ có các electron dịch chuyển), ở hai đầu thanh sẽ xuất

hiện các điện tích trái dấu, do đó giữa hai đầu

thanh có một hiệu điện thế.

B v

q

FL  

●

+

_

B

v



L

F



Nếu là mạch kín thì sẽ có sự chuyển động của các điện tích trong mạch tạo nên dòng điện, nghĩa là trong mạch xuất hiện s.đ.đ.

Sự xuất hiện hiệu điện thế ở hai đầu thanh dẫn (mạch hở) cũng như xuất hiện s.đ.đ trong mạch kín chứng tỏ bên trong thanh dẫn có tồn tại một trường lực lạ ; trong trường hợp này bản chất

lực tác dụng của trường lạ chính là lực từ, còn

vecơ cường độ điện trường lạ là:

Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong thanh

dẫn:

B

v q

F

E *  L  





) ( )

(

) (

.

*

s s

ds B

v ds

E



Ví dụ: Xét mạch điện hình chữ

nhật abcd, có một cạnh lưu động

ad chuyển động đều với vận tốc

như hình vẽ Ta quy ước chọn

chiều quay ngược chiều kim đồng

hồ làm chiều dương của mạch điện Từ trường

đều vuông góc với mặt phẳng của mạch điện và cùng chiều với pháp tuyến dương của mạch

điện Theo công thức trên ta có trên các đoạn ab,

bc, cd thì vì

a b

d c

B v

E *  

B

n

v

n

0



 B

Trên đoạn ad, vectơ nằm dọc theo đoạn mạch và ngược chiều tính lưu số, do đó ta có:

dx là độ dịch chuyển của đoạn ad trong thời gian dt

dФ là từ thông gửi qua diện tích dS = sdx mà

đoạn ad quét được trong khoảng thời gian dt

dt

d dt

BdS Bs

dt

dx

II Hiện tượng tự cảm:

1 Hiện tượng tự cảm: Khi sự biến thiên từ thông

qua diện tích giới hạn bởi mạch biến đổi do chính dòng điện chạy trong mạch đó biến đổi với thời gian gây ra; khi đó trong mạch kín ta xét cũng

xuất hiện một dòng điện cảm ứng gọi là dòng

điện tự cảm và hiện tượng này gọi là hiện tượng

tự cảm.

2 Hệ số tự cảm:

Theo định luật Faraday:

Ф m là từ thông do chính dòng điện trong mạch

gửi qua diện tích của mạch đó

tc

d dt



Vì từ thông gửi qua mạch kín tỉ lệ với B, mà B tỉ

lệ với I nên tỉ lệ với I do đó:

L là hệ số tỉ lệ gọi là hệ số tự cảm của mạch

Do đó:

Nếu mạch kín không biến dạng và độ từ thẩm của môi trường không thay đổi thì L = const nên:

m



 

( )

tc

d LI dt

  

tc

dI L

dt

III Năng lượng từ trường:

1 Năng lượng từ trường của ống dây có dòng điện

Tại thời điểm t = 0 , đóng khoá K, trong mạch

xuất hiện dòng điện i tăng từ 0 đến giá trị ổn định

, R là điện trở của toàn mạch, do đó

trong ống dây xuất hiện suất điện động tự cảm

o o

K

i

E

E I

R



Áp dụng định luật Ohm cho mạch điện trong quá trình dòng điện đang được thành lập, ta có:

Eidt chính là năng lượng do nguồn điện sinh ra

trong khoảng thời gian dt.

Ri

E   tc 

Lidi Ri

Eidt

dt

di L

Ri E

Ri dt

di L

E



















2

Năng lượng này một phần tỏa thành nhiệt trong mạch Ri 2 dt, còn một phần được tiềm tàng dưới dạng năng lượng từ trường:

Vậy trong cả quá trình thành lập dòng điện, phần năng lượng của nguồn điện được tiềm tàng dưới dạng năng lượng từ trường là:

Lidi

dWm 

2

0

1

LI Lidi

dW W

I m

W

m

2.Năng lượng của TT bất kỳ

Năng lượng của TT tập trung trong khoảng

không gian của từ trường TTcủa ống dây điện thẳng và dài là TTđều và có thể coi như chỉ tồn tại trong thể tích của ống dây Nếu gọi V = lS là thể tích của ống dây thì mật độ năng lượng TT

V = l.S, , l là chiều dài của ống dây, S là tiết diện thẳng góc của ống dây

2

1 / 2

m m

Nếu gọi n là số vòng dây của ống dây, thì từ thông gửi qua ống dây :

l

SI

n

m

2





  

2

2

2

2

2 2

2

1

2

1 1

2 2

m

o

o

m

o

n S L

n S

I

I

B

BH



 

 



 

 

 

Công thức này cũng áp dụng được cho một từ trường bất kỳ

Vậy năng lượng của TT bất kỳ là:

2

o

B

 

       

1)Trong mặt phẳng chứa dòng điện thẳng dài vô hạn cường độ I, một thanh kim loại có chiều dài

L di chuyển với vận tốc không đổi Tìm sđđ cảm ứng xuất hiện ở hai đầu thanh khi:

a)Vận tốc song song với dòng điện, đầu thanh gần dòng điện nhất cách nó một đoạn r.

b)Vận tốc vuông góc với dòng điện, đi ra xa

dòng điện, lúc cách dòng điện một khoảng r

v 

v 

Đầu gần dòng điện I tích

điện dương, đầu còn lại

tích điện âm

0

0

2

ln

ln 2

r L

r

r L

r

I

d B d S B dS vdtdx

x Ivdt dx Ivdt r L

Iv

























 

x dx

L v r

Đầu trên của thanh tích điện dương, đầu dưới tích điện âm

0

0

.

2 2

I

d B d S BdS Lvdt

r ILv

d















 

L r

vdt

2)Trong mặt phẳng chứa dòng điện thẳng dài vô hạn cường độ I, người ta đặt một khung dây dẫn hình chữ nhật ABCD , AB = CD = b, AD = BC =

a, điện trở của cả khung bằng R Cho khung

chuyển động tịnh tiến với vận tốc không đổi v

theo phương vuông góc với dòng điện và đi ra xa dòng điện Xác định chiều và cường độ của dòng điện cảm ứng khi cạnh AB cách dòng điện thẳng một đoạn r.

Khi khung chuyển động thì

đầu trên các thanh AB và CD

tích điện dương.

Trên các đoạn BC và AD không có sđđ Do đó sđđ cảm ứng xuất hiện trong khung là:

Vậy dòng điện cảm ứng trong khung chạy theo chiều kim đồng hồ và

1 ; 2

o Ibv o Ibv



    

1 2

oIabv i



 







A

D

I

r

a b