【#1】Suất Điện Động Cảm Ứng, Định Luật Farađay, Định Luật Lenxơ

Suất điện động cảm ứng, Định luật Farađay, Định luật Lenxơ

Chương V: Hiện tượng tự cảm là gì? suất điện động tự cảm

Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín, suất điện động cảm ứng đặc chưng cho tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch kín.

Bằng nhiều thí nghiệm khác nhau Len-xơ đã xây dựng lên định luật mang tên ông để xác định chiều của dòng điện cảm ứng:

Nội dung định luật Lenxơ: Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông qua mạch.

Hình a: khi nam châm chuyển động đi lên, từ thông tăng (số đường sức từ qua vòng dây sẽ nhiều lên), để chống lại sự tăng của từ thông, vận dụng qui tắc bàn tay phải 2 dòng điện phải có chiều như hình vẽ để từ trường nó sinh ra hướng từ dưới lên ngược với hướng từ trường của nam châm để chống lại sự tăng của từ thông.

Hình b: ngược lại.

2/ Định luật Faraday, suất điện động cảm ứng:

Khác với các bạn sau khi phát hiện và tiến hành thành công thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ Faraday đã ghi lại những nhận xét của ông về hiện tượng trên như sau.

  • Từ thông gửi qua mạch kín biến đổi theo thời gian là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó.
  • Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mạch kín biến đổi.
  • Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi của từ thông.
  • Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của từ thông gửi qua mạch.

Biếu thức của suất điện động cảm ứng:

Trong đó:

  • Ec: suất điện động cảm ứng (V)
  • ΔΦ: độ biến thiên từ thông (Wb)
  • Δt: thời gian từ thông biến thiên qua mạch kín (s)
  • ΔΦ/Δt: gọi là tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín (Wb/s)

Dấu “-” trong công thức, Faraday đưa vào để giải thích chiều của dòng điện cảm ứng, nó phù hợp với định luật Lenxơ

Độ lớn suất điện động cảm ứng:

3/ Sự chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ:

Việc Faraday phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ và nêu ra bản chất của việc tạo ra điện, cách thức tạo ra dòng điện và làm sao để có thể tạo ra đường những dòng điện có cường độ lớn đã mở ra một thời kỳ mới cho nhân loại, thời kỳ của năng lượng điện.

Bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ là quá trình chuyển hóa năng lượng từ cơ năng chuyển hóa thành điện năng (năng lượng điện).

Kiến thức về từ thông, chiều dòng điện thật khó tưởng tượng và bài tập cũng khó, nhưng dù sao cũng phải cảm ơn các ông đã mở ra một thời kỳ mới cho nhân loại.

【#2】Suất Điện Động Cảm Ứng, Công Thức Định Luật Faraday Về Cảm Ứng Điện Từ Và Bài Tập

Bài viết này chúng ta cùng tìm hiểu suất điện động cảm ứng là gì? Công thức định luật Fa-ra-đây (Faraday) về dòng điện cảm ứng được viết ra sao? Suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ (Lenz) có mối quan hệ như thế nào?

I. Suất điện động cảm ứng trong mạch kín

– Định nghĩa: Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

– Áp dụng định luật Len-xơ, công của ngoại lực sinh ra để gây ra biến thiên từ thông trong mạch là:

– Trong đó: e c suất điện động cảm ứng (tương tự như điện năng do một nguồn điện sinh ra)

* Định luật Fa-ra-đây: Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín đó.

II. Quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luận Len-xơ

* Sự xuất hiện dấu “-” trong công thức suất điện động cảm ứng là phù hợp với định luật Len-xơ.

– Trước hết mạch kín (C) phải được định hướng. Dựa vào chiều đã chọn trên (C), ta chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thông qua mạch kín.

– Nếu tăng thì e c <0: Chiều của suất điện động cảm ứng ngược với chiều dòng điện trong mạch.

III. Chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ

– Xét mạch kín (C) đặt trong từ trường không đổi, để tạo ra sự biến thiên của từ thông qua mạch (C), phải có một ngoại lực tác dụng vào (C) để thực hiện một dịch chuyển nào đó của (C) và ngoại lực này đã sinh một công cơ học. Công cơ học này làm xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch, nghĩa là tạo ra điện năng.

– Như vậy, bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ đã nêu ở trên là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

IV. Bài tập Suất điện động cảm ứng

* Bài 1 trang 152 SGK Vật Lý 11: Phát biểu các định nghĩa:

– Suất điện động cảm ứng.

– Tốc độ biến thiên của từ thông.

° Lời giải bài 1 trang 152 SGK Vật Lý 11:

◊ Suất điện động cảm ứng

– Là suất điện động gây ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

– Dấu (-) trong công thức là phù hợp với định luật Len-xơ, ΔΦ là độ biến thiên từ thông qua mạch (C) trong thời gian Δt.

* Bài 2 trang 152 SGK Vật Lý 11: Nêu ít nhất ba ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.

° Lời giải bài 2 trang 152 SGK Vật Lý 11:

◊ Hiện tượng cảm ứng điện từ là cơ sở:

– Chế tạo máy phát điện một chiều, xoay chiều.

– Chế tạo máy biến thế.

– Chế tạo động cơ không đồng bộ 3 pha,…

Khi một mặt kín phẳng, quay xung quanh một trục nằm trong mặt phẳng chứa mạch trong một từ trường, thì suất điện động cảm ứng đổi chiều 1 lần trong

A.Một vòng quay.

B.2 vòng quay.

C.1/2 vòng quay.

D.1/4 vòng quay.

° Lời giải bài 3 trang 152 SGK Vật Lý 11:

◊ Chọn đáp án: C. 1/2 vòng quay.

– Giả sử, ban đầu từ thông qua mạch bằng không.

⇒ Như vậy suất điện động cảm ứng trong mạch sẽ đổi chiều một lần trong 1/2 vòng quay.

* Bài 4 trang 152 SGK Vật Lý 11: Một mạch kín hình vuông cạnh 10cm, đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của từ trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng i=2A và điện trở của mạch r=5Ω.

° Lời giải bài 4 trang 152 SGK Vật Lý 11:

– Độ biến thiên từ thông qua mạch kín:

– Kết luận: Tốc độ biến thiên của từ trường là 10 3 (T/s).

* Bài 5 trang 152 SGK Vật Lý 11: Một khung dây dẫn hình vuông cạnh a=10cm, đặt cố định trong một từ trường đềucó vectơ cảm ứng từ vectơ B vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thời gian Δt=0,05s; cho độ lớn của vectơ B tăng từ 0 đến 0,5T. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.

° Lời giải bài 5 trang 152 SGK Vật Lý 11:

– Suất điện động cảm ứng trong khung:

– Kết luận: Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung là 0,1 (V).

° Lời giải bài 6 trang 152 SGK Vật Lý 11:

Cho (C) quay đều xung quanh trục ∆ cố định đi qua tâm của (C) và nằm trong mặt phẳng chứa (C) ; tốc độ quay là ω không đổi ⇒ α(t) = ωt.

⇒ Từ thông tại thời điểm t: Φ(t) = BScosωt