CHƯƠNG 2: ĐIỆN TỪ VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 17 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TỪ TRƯỜNG
2.1. Định luật cảm ứng điện từ
2.1.1. Thí nghiệm 1:
Mắc hai đầu ống dây dẫn vào một điện thế nhạy. Đưa thanh nam châm vào gần ống dây, kim điện kế bị lệch đi. Vậy trong mạch kín của ống dây đó xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. Đưa thanh nam châm ra xa ống dây ta lại thấy kim điện kế lệch theo chiều ngược lại. Dòng điện cảm ứng đó đổi chiều.
Nếu thanh nam châm ngừng chuyển động tương đối so với ống dây thì kim điện kế không quay, trong ống dây không có dòng điện cảm ứng.
2.1.2. Thí nghiệm 2:
Hình 2.8: Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ
trong dây dẫn hình trụ
Một ống dây mắc vào nguồn điện một chiều qua một biến trở, đặt gần ống dây nối với điện kế. Khi dịch chuyển con chạy thì ống dây nối với điện kế còng xuất hiện dòng điện cảm ứng.
2.1.3 Thí nghiệm 3:
Đặt trong từ trường đều của nam châm vĩnh cửu hình chữ U một khung dây dẫn abcd. Hai đầu của khung dây được gắn với hai vành khuyên. Trên hai vành khuyên có hai thanh quét tỳ vào và được nối với một bóng đèn. Khi khung quay trong từ trường của nam châm thì đèn sáng. Vậy trong khung đó xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Qua các thí nghiệm trên, ta thấy rằng dòng điện cảm ứng chỉ xuất hiện trong thời gian nam châm chuyển động tương đối so với ống dây, biến trở thay đổi điện trở hoặc khung dây quay trong từ trường của nam châm, nghĩa là từ thông qua điện tích giới hạn bởi khung dây hay ống dây thay đổi. Dù cho nam châm chuyển dịch, khung dây quay hoặc ngược lại ống dây dịch chuyển, nam châm
Hình 2.9: Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ
trong dây dẫn hình trụ
Hình 2.10: Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ
trong dây dẫn hình trụ
quay, đều làm xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hiện tượng vừa mô tả trên gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
a. Định luật cảm ứng điện từ.
Định luật này do nhà bác học Faraday tỡm ra năm 1831. Định luật là cơ sở nguyên lý của máy phát điện một chiều, xoay chiều. Định luật phát biểu như sau:
Khi có sự biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch điện kín thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Như vậy độ lớn của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của từ thông ( )
b. Chiều dòng điện cảm ứng – Định luật Lenxơ
Trong trường hợp tổng quát, chiều dòng điện cảm ứng được xác định theo định luật Lenxơ. Định luật được phát biểu như sau:
Dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông qua mạch.
Cho một dây dẫn chuyển động vuông góc với đường sức từ trường và dùng đồng hồ đo ở hai đầu dây dẫn ( hình vẽ 2.11). Ta thấy khi dây dẫn đứng yên thì thấy kim đồng hồ không lệch đi. Khi dây dẫn chuyển động thì kim đồng hồ bị lệch đi, chứng tỏ là đó có một dòng điện chạy trong dây dẫn.
Như vậy khi dây dẫn chuyển động trong từ trường cắt ngang các đường sức của từ trường trong dây dẫn xuất hiện một suất điện động cảm ứng tạo thành dòng điện chạy trong dây dẫn. Cho dây dẫn chuyển động nhanh thì thấy kim
Hình 2.11: Thí nghiệm về Chiều dòng điện cảm ứng
trong dây dẫn hình trụ
đồng hồ lệch nhiều, chứng tỏ dòng điện lớn. Như vậy là suất điện động còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của dây dẫn.
Chiều của dòng điện chạy qua dây dẫn được xác định bằng quy tắc bàn tay phải, quy tắc phát biểu như sau:
Đặt bàn tay phải hứng đường sức từ, ngón tai cái choói ra 900 trùng với chiều chuyển động của của dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón tay còn lại chỉ chiều dòng điện cảm ứng trong dây dẫn.
c. Sức điện động cảm ứng trong vòng dây có từ thông biến thiên Trường hợp từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây
Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn, trong vòng dây sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng e tính theo công thức:
e = - d/dt
Chiều sức điện động cảm ứng được xác định theo quy tắc vặn nút chai Cuộn dây có W vòng, sức điện động cảm ứng của cuộn dây:
e = - W.d /dt