Dạng 2 Tính từ thông, suất điện động cảm ứng và cường độ đòng điện cảm ứng I Lí thuyết 1 Từ thông Xét khung dây dẫn (C) phẳng kín, có diện tích bề mặt S, đặt trong vùng không gian có từ trường đều B G[.]
Dạng 2: Tính từ thơng, suất điện động cảm ứng cường độ địng điện cảm ứng I Lí thuyết Từ thông - Xét khung dây dẫn (C) phẳng kín, có diện tích bề mặt S, đặt vùng khơng gian có từ trường B - Gọi n vectơ pháp tuyến dương khung dây Khi số đường sức từ xun qua mạch kín (C) gọi từ thông, xác định công thức: = BScos Trong đó: từ thông, đơn vị vêbe (Wb) 1Wb = 1T.1m2 B từ trường, đơn vị T S diện tích bề mặt, đơn vị m góc tạo vecto pháp tuyến n B - Chú ý: Từ thơng đại lượng đại số (có thể dương, âm 0) + Nếu nhọn cos = + Nếu tù cos = + Nếu = cos = = = BS + Nếu = 90o cos = = = Suất điện động cảm ứng a, Định nghĩa Suất điện động cảm ứng suất điện động sinh dòng điện cảm ứng mạch kín b, Định luật Fa-ra-đây - Giả sử mạch kín (C) đặt từ trường, từ thơng qua mạch kín biến thiên lượng khoảng thời gian t - Suất điện động cảm ứng: ec = − t - Nếu xét độ lớn suất điện động cảm ứng thì: Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thơng qua mạch kín đó: e c = Phát biểu gọi định luật tượng cảm ứng t điện từ - định luật Fa-ra-đây - Sự xuất dấu ( - ) biểu thức e c phù hợp với định luật Len-xơ Trong đó: e c suất điện động cảm ứng, đơn vị V : độ biến thiên từ thông, đơn vị Wb t : thời gian từ thơng biến thiên qua mạch kín, đơn vị s : tốc độ biến thiên từ thơng qua mạch kín, đơn vị Wb/s t c, Quan hệ suất điện động cảm ứng định luật Len-xơ Trước hết mạch kín (C) phải định hướng Dựa vào chiều chọn (C), ta chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thơng qua mạch kín + Nếu tăng e c : Chiều suất điện động cảm ứng (chiều dòng điện cảm ứng) ngược chiều với chiều mạch + Nếu giảm e c : Chiều suất điện động cảm ứng (chiều dòng điện cảm ứng) chiều mạch d, Chuyển hóa lượng tượng cảm ứng điện từ - Xét mạch kín (C) đặt từ trường khơng đổi, để tạo biến thiên từ thông qua mạch (C) phải có ngoại lực tác dụng vào (C) để thực dịch chuyển (C) ngoại lực sinh công học Công học làm xuất suất điện động cảm ứng mạch, nghĩa tạo điện Vậy: Bản chất tượng cảm ứng điện từ q trình chuyển hóa thành điện 3 Cường độ dòng điện cảm ứng a, Khái niệm Dòng điện cảm ứng dòng điện xuất có biến đổi từ thơng qua mạch điện kín b, Chiều dịng điện cảm ứng Định luật Len - xo cho phép ta xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất mạch kín: Dịng điện cảm ứng xuất mạch kín có chiều cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại biến thiên từ thơng ban đầu qua mạch kín II Phương pháp giải - Áp dụng cơng thức tính từ thông: = BScos - Áp dụng công thức tính suất điện động cảm ứng: ec = − t + Nếu B biến thiên: = S.B.cos + Nếu S biến thiên: = B.S.cos + Nếu biến thiên: = B.S.(cos) - Cơng thức tính dòng điện cảm ứng: i c = ec = R Rt III Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Một vịng dây phẳng giới hạn diện tích 6cm đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,4T Mặt phẳng vòng dây làm thành với B góc 30o Tính từ thơng qua diện tích trên? A 1,2.10−4 Wb B 1,2.10−5 Wb C 2,1.10−4 Wb D 2,1.10−5 Wb Lời giải chi tiết Biểu diễn hình vẽ ta có: Ta có góc hợp vecto cảm ứng từ vòng dây 30o suy góc hợp vectơ pháp tuyến mặt phẳng vectơ cảm ứng từ = 90o − 30o = 60o Áp dụng công thức xác định từ thông qua diện tích là: = N.B.S.cos = 1.0,4.6.10−4.cos60o = 1,2.10−4 Wb Chọn đáp án A Ví dụ 2: Một khung dây phẳng diện tích 40cm , gồm 20 vòng đặt từ trường Vecto cảm ứng từ làm với mặt phẳng khung dây góc 45o có độ lớn 2.10−4 T Người ta làm cho từ trường giảm đến thời gian 0,015s Tính suất điện động cảm ứng xuất khung dây thời gian từ trường biến đổi? A 6,53.10−4 V B 7,53.10−4 V C 8,53.10−4 V D 9,53.10−4 V Lời giải chi tiết Độ biến thiên từ thông: = 1 − = N.B.S.cos − = 20.2.10−4.40.10−4.cos 45o 1,13.10−5 Wb 1,13.10−5 Suất điện động cảm ứng khung dây eC = = 7,53.10−4 V t 0,015 Chọn đáp án B IV Bài tập Bài 1: Một khung dây trịn bán kính 5cm gồm 30 vịng dây đặt từ trường Cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 30o Lúc đầu cảm ứng từ có giá trị 0,03T Tìm suất điện động cảm ứng khung khoảng 0,03s cảm ứng từ tăng gấp đôi? (chọn đáp án nhất) A 0,12V B 0,22V C 0,32V D 0,42V Chọn đáp án A Bài 2: Một khung dây dẫn đặt vng góc với từ trường đều, cảm ứng từ B có độ lớn biến đổi theo thời gian Xác định suất điện động cảm ứng tốc độ biến thiên cảm ứng từ, biết cường độ dòng điện cảm ứng ic = 0,4A , điện trở khung R = 5 diện tích khung S = 160cm ? A 1V 125T/s B 2V 125T/s C 1V 143,3T/s D 2V 143,3T/s Chọn đáp án B Bài 3: Một vịng dây có diện tích S = 120cm nối vào tụ điện có điện dung C = 200mF, đặt từ trường có vecto cảm ứng từ vng góc với mặt phẳng chứa khung dây, có độ lớn tăng 5.10−2 T / s Xác định điện tích tụ? A 1,2.10−5 C B 1,25.10−5 C C 1,2.10−4 C D 1,25.10−4 C Chọn đáp án C Bài 4: Hãy xác định suất điện động cảm ứng khung dây, biết khoảng thời gian 0,5s từ thông giảm 1,8Wb 0Wb? A 1,6V B 2,6V C 3,6V D 4,6V Chọn đáp án C Bài 5: Một khung dây hình chữ nhật kích thước 4cm x 5cm đặt từ trường có cảm ứng từ B = 5.10−4 T Vecto cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung góc 45o Tính từ thông qua khung dây? A 4,1.10−7 Wb B 5,1.10−7 Wb C 6,1.10−7 Wb D 7,1.10−7 Wb Chọn đáp án D Bài 6: Một khung dây phẳng giới hạn diện tích S = 6cm2 gồm 25 vịng dây đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,2T cho mặt phẳng khung dây hợp với vecto cảm ứng từ góc 30o Tính từ thơng qua diện tích giới hạn khung dây? A 0,5.10−3 Wb B 1,5.10−3 Wb C 2,5.10−3 Wb D 3,5.10−3 Wb Chọn đáp án B Bài 7: Một khung dây hình vng cạnh 5cm đặt từ trường có cảm ứng từ B = 5.10−4 T Từ thơng qua hình vng 10−6 Wb Xác định góc hợp vecto cảm ứng từ vecto pháp tuyến hình vng đó? (chọn đáp án gần nhất) A = 16o B = 26o C = 36o D = 46o Chọn đáp án C Bài 8: Đặt nam châm thẳng gần khung dây kín ABCD hình vẽ Xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất khung dây trường hợp đưa nam châm lại gần khung dây? A Theo chiều từ B đến A B Theo chiều từ A đến B C Khơng xuất dịng điện cảm ứng D Khơng xác định chiều dịng điện cảm ứng Chọn đáp án A Bài 9: Một khung dây hình trịn có diện tích S = 3cm đặt từ trường đều, đường sức từ xun vng góc với khung dây Hãy xác định từ thông xuyên qua khung dây biết B = 5.10−2 T ? A 0,5.10−5 Wb B 1,5.10−5 Wb C 2,5.10−5 Wb D 3,5.10−5 Wb Chọn đáp án B Bài 10: Một khung dây hình chữ nhật có chiều dài 30cm, đặt vng góc với đường sức từ từ trường B = 6.10−3 T Xác định từ thông xuyên qua khung dây 4.10−4 Wb , xác định chiều rộng khung dây nói trên? (chọn đáp án gần nhất) A 12cm B 18cm C 22cm D 28cm Chọn đáp án C ... 1,13.10−5 Suất điện động cảm ứng khung dây eC = = 7,53.10−4 V t 0,015 Chọn đáp án B IV Bài tập Bài 1: Một khung dây trịn bán kính 5cm gồm 30 vịng dây đặt từ trường Cảm ứng từ hợp với mặt... 1,25.10−4 C Chọn đáp án C Bài 4: Hãy xác định suất điện động cảm ứng khung dây, biết khoảng thời gian 0,5s từ thông giảm 1,8Wb 0Wb? A 1,6V B 2,6V C 3,6V D 4,6V Chọn đáp án C Bài 5: Một khung dây hình... 5 diện tích khung S = 160cm ? A 1V 125T/s B 2V 125T/s C 1V 143,3T/s D 2V 143,3T/s Chọn đáp án B Bài 3: Một vịng dây có diện tích S = 120cm nối vào tụ điện có điện dung C = 200mF, đặt từ trường