Chương 5: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ ppt

- Tính được suất điện động cảm ứng, suất điện động tự cảm, năng lượng từ trường trong ống dây.. Từ thông Từ thông Φ qua một diện tích S, giới hạn bởi một vòng dây kín phẳng C, đặt tron

Chương 5

CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Hiện tượng cảm ứng điện từ do nhà bác học người Anh là Michael Faraday phát minh năm 1831 Phát minh này mở đường cho việc chế tạo máy phát điện và nhiều thiết bị điện khác có ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất hiện nay

YÊU CẦU CẦN ĐẠT

• KIẾN THỨC

Mô tả được hiện tượng cảm ứng điện từ, hiểu được khái niệm từ thông và các cách làm biến đổi từ thông Phát biểu được định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ và định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng Nêu được dòng điện Fu-cô và tác dụng của dòng Fu-cô Nắm được hiện tượng tự cảm, khái niệm độ tự cảm Viết được công thức tính năng lượng của từ trường trong ống dây

• KĨ NĂNG

- Vận dụng được các công thức : F = BScosα,

E =

t

∆Φ

−

∆ và E =Bvlsinα

- Vận dụng được định luật Len-xơ và quy tắc bàn tay phải

xác định chiều dòng điện cảm ứng

- Tính được suất điện động cảm ứng, suất điện động tự

cảm, năng lượng từ trường trong ống dây

CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Ôn

1 Từ thông

Từ thông Φ qua một diện tích S, giới hạn bởi một vòng dây kín phẳng C, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B

là một đại lượng có biểu thức :

Φ = BScosα

với α là góc giữa vectơ B

và pháp tuyến

n

(dương) của mặt S

Đơn vị từ thông là Vêbe (Wb)

2 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 đổi Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín là suất điện động cảm ứng

3 Định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ

CHỦ ĐỀ

Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông Φ biến đổi; nếu Φ

ngừng biến đổi thì dòng điện cảm ứng tắt

4 Định luật Len-xơ

Dòng điện cảm ứng có chiều sao

cho từ trường của nó có tác dụng

chống lại nguyên nhân đã sinh ra

nó

Chiều của dòng điện cảm ứng chạy

trên đoạn dây dẫn chuyển động trong

từ trường (khi đoạn dây dẫn là một

phần của mạch kín) cũng được xác

định bằng quy tắc bàn tay phải

5 Suất điện động cảm ứng là suất

điện động sinh ra dòng điện cảm ứng

trong mạch kín, nó tỉ lệ với độ biến

thiên từ thông qua mạch và tỉ lệ

nghịch với khoảng thời gian của sự

biến thiên ấy (tức là tỉ lệ với tốc độ

biến thiên của từ thông) :

∆Φ

= −

∆

t

E (dấu trừ biểu thị quy tắc Len-xơ)

- Nếu mạch kín có N vòng dây thì = − ∆Φ

∆

t E

- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong một đoạn dây dẫn chiều dài l

chuyển động với vận tốc v

trong từ trường có cảm ứng từ B

bằng : EC =

Blvsinα với v

và B

cùng vuông góc với đoạn dây và α là góc giữa B

và v.

6 Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ do chính sự biến đổi của

dòng điện trong mạch đó gây ra, trong một mạch kín

Suất điện động tự cảm xuất hiện trong mạch, khi xảy ra hiện tượng tự cảm, có biểu thức :

∆

= −

∆

tc

I L t E

trong đó ∆I là độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch trong thời gian

∆t; L là hệ số tự cảm (hay độ tự cảm) của mạch có giá trị tuỳ thuộc hình dạng và kích thước của mạch, có đơn vị là henri (H) ; dấu trừ biểu thị quy tắc

Len-xơ

7 Năng lượng từ trường của ống dây dẫn có độ tự cảm L và có dòng điện I

chạy qua :

2

7 2

π (B là cảm ứng từ của từ trường trong ống dây)

Mật độ năng lượng từ trường là : w 1 10 B 7 2

8

= π

Luyện

DẠNG 1 TỪ THÔNG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Phương pháp chung

Áp dụng các công thức :

• = −∆Φ

∆

t

(dấu trừ biểu thị quy tắc Len-xơ)

Nếu mạch kín có N vòng dây thì = − ∆Φ

∆

Ec N

t

• Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động

EC = Blvsinα

• Định luật Len-xơ : Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch có chiều

1 Một hình vuông cạnh 10 cm được đặt trong trong từ trường đều B = 0,4 T

Lúc đầu đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung Quay mặt phẳng khung trong 0,01 s để mặt phẳng khung dây song song với đường sức từ

a Tính độ biến thiên của từ thông

b Tính suất điện động trung bình xuất hiện trong khung dây

GIẢI

a) ∆Φ = Φ − Φ = −2 1 0 BS.cos0o = −0,4×(10.10−2)2×1 = −4.10−3 Wb b)

3 2

( 4.10 )

0,4 V

−

−

∆Φ −

= − = − =

∆

E

2 Một vòng dây dẫn tròn có đường kính 0,1 m, gồm 1 000 vòng dây, đặt trong

một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,07 T Vòng dây nối với điện trở R = 10

Ω tạo thành mạch kín Bỏ qua điện trở của vòng dây Nếu từ trường đổi hướng ngược lại và cảm ứng từ có độ lớn giảm xuống đến 0,03 T trong khoảng thời gian 0,1 s thì cường độ dòng điện trong vòng dây bằng bao nhiêu?

GIẢI

0,03 ( 0,07) 0,05

− − × π ×

∆Φ

∆

7,85

=E =

3 Thả rơi một khung dây dẫn hình chữ nhật

ABCD Giả thiết rằng trong khi rơi mặt phẳng

khung dây luôn luôn nằm trong một mặt phẳng

thẳng như hình vẽ) Khung chuyển động qua

một miền có từ trường đều, các đường sức từ

vuông góc với mặt phẳng khung dây (Hình vẽ

bên)

a) Giải thích vì sao sau khi thả khung rơi ít lâu

thì khung chuyển động đều

b) Tính vận tốc của chuyển động đều của

thanh

GIẢI

a) Khi khung dây rơi vào trong vùng có từ trường, từ thông qua

mạch kín giới hạn bởi diện tích của khung biến thiên, trong mạch kín xuất hiện dòng điện cảm ứng IC có chiều từ C sang D (theo quy tắc bàn tay phải)

Lực từ F của từ trường tác dụng lên đoạn CD hướng lên trên để cản trở chuyển động rơi của khung Lúc đầu F < mg nên khung dây chuyển động có gia tốc Khi lực từ tác dụng lên khung cân bằng với

trọng lực thì khung dây bắt đầu chuyển động đều

b) F = mg ⇒ BIl = mg; với I B

r = r

E = lv B(B

r

lv

)l = mg ⇒

2

mgr B

= 2

v l

4 Một thanh kim loại dài 1 m được

treo bằng hai lò xo và nằm trong từ

trường đều có cảm ứng từ B = 0,05

T như hình vẽ Khi cho dòng điện có

cường độ I = 10 A chạy qua thanh

với chiều như trên hình thì lực căng

của lò xo sẽ tăng hay giảm đi bao

nhiêu niutơn ?

GIẢI

a) Khi có dòng điện chạy qua thanh, lực từ F của từ trường tác dụng lên thanh có phương vuông góc với thanh, có chiều hướng xuống Lực căng của lò xo tăng lên

b) Lực căng của lò xo tăng lên :

F = BIl = 0,05 × 10 × 0,5 = 0,25 N

(lưu ý : khoảng cách giữa hai điểm treo cách nhau là 0,5 m; dòng điện chỉ chạy trên đoạn này của thanh)

LUYỆN TẬP DẠNG 1

Tính số vòng dây để có suất điện động cảm ứng cực đại 110 V xuất hiện trong cuộn dây ?

ĐS : N

BS

= ω

E

= 248 vòng

2. Một hình vuông cạnh 5 cm được đặt trong trong từ trường đều

B = 0,01 T Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung Quay mặt phẳng khung trong 0,1 s để mặt phẳng khung dây song song với đường sức từ Tính suất điện động trung bình xuất hiện trong khung dây

ĐS : = Φ − Φ2 2 = =

3. Một cuộn dây 100 vòng, điện trở 2 Ω, diện tích mỗi vòng 10

cm2 Tốc độ biến thiên cảm ứng từ qua mạch là bao nhiêu để cường độ dòng điện trong mạch là 0,1 A ?

ĐS : B RI

∆ =

∆ = 2 T/s

4. Một thanh nam châm đặt thẳng

đứng bên trên một vòng dây dẫn (C)

như hình vẽ bên Hãy xác định chiều

dòng điện cảm ứng xuất hiện trong

(C) khi cho nam châm rơi xuống

ĐS : Khi nam châm rơi phía bên trên

vòng dây, dòng điện cảm ứng có

chiều ngược chiều kim đồng hồ

Sau đó nam châm rơi ở phía dưới

vòng dây, dòng điện cảm ứng có

chiều kim đồng hồ

5. Một khung dây dẫn đặt trong một

từ trường có cảm ứng từ vuông góc

với mặt phẳng của khung, chiều của

các đường sức từ hướng vào trong

mặt phẳng hình vẽ Hãy xác định

chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện

trong khung khi độ lớn của cảm ứng

từ giảm đều theo thời gian

ĐS : Dòng điện cảm ứng có chiều kim đồng hồ.

6. Một dây dẫn dài 20 cm chuyển

động với vận tốc 2,5 m/s trong một

từ trường đều có cảm ứng từ vuông

góc với mặt phẳng hình vẽ và có

độ lớn B = 0,1 T Xác định độ lớn

suất điện động cảm ứng ở đoạn

dây dẫn và hướng chuyển động của

các êlectron bên trong dây dẫn

ĐS : 0,05 V; êlectron chạy trong dây dẫn theo chiều từ M đến N.

DẠNG 2 HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG

Phương pháp chung

Áp dụng các công thức

• Suất điện động tự cảm: E tc = –L∆

∆

I t

• Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm : W = 1

2LI

2

• *Mật độ năng luợng từ trường : w = 1

8π10

7.B2

5.Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây có hệ số tự cảm 0,5

H khi cường độ dòng điện biến thiên 10 A/s

GIẢI

∆

t = 0,5 × 10 = 5 V

6 Một cuộn dây 20 mH có dòng điện 0,5 A đi qua

a) Tính năng lượng từ trường của cuộn dây

b) Để năng lượng của ống dây là 0,05 J, cường độ dòng điện qua ống dây là bao nhiêu ?

a) 1 2 1 3 2

W LI 20.10 0, 5

−

b) I 2W 2 0, 05

×

LUYỆN TẬP DẠNG 2

1. Từ trường B = 2,0 × 102 T là từ trường mạnh

a) Tính năng lượng của 1m3 từ trường này

b) Tính cường độ điện trường để 1m3 điện trường cũng cho năng lượng như trên

ĐS : a) 1,6 × 10 10 J;b) 6 × 10 10 V/m

2. Một cuộn dây 40 mH có dòng điện 2 A đi qua

a) Tính năng lượng từ trường của cuộn dây

b) Để năng lượng của ống dây là 1 J, cường độ dòng điện qua ống dây là bao nhiêu ?

2

I L

3. Một cuộn dây có dòng điện tăng đều từ 0 A đến 2 A trong thời gian 1,5 ms Khi đó suất điện động đo được là 28 V

a) Tính hệ số tự cảm của cuộn dây

b) Sau đó dòng điện giữ nguyên giá trị trong 2 s và giảm đến 0 trong vòng 3 s Xác định suất điện động tự cảm trong các thời gian trên

c) Trong thời điểm nào, năng lượng của cuộn dây là cực đại Tính năng lượng cực đại ấy

ĐS : a) 0,021 H; b) 14 V; c) Năng lượng của cuộn dây đạt cực đại khi cường độ dòng điện cực đại; 1 2

2