Định luật cảm ứng điện từ và tác dụng của lực điện từ là cơ sở để nghiên cứu, phân tích, chế tạo các thiết bị điện như động cơ điện, máy phát điện, dụng cụ đo điện. Động cơ điện (quạt điện, máy bơm nước...) là thiết bị điện dùng để biến đổi năng lượng điện thành cơ năng. Máy phát điện là thiết bị điện dùng để biến đổi cơ năng (sức nước, sức gió...) thành điện năng cung cấp cho tải tiêu thụ.
MỞ ĐẦU Định luật cảm ứng điện từ tác dụng lực điện từ sở để nghiên cứu, phân tích, chế tạo thiết bị điện động điện, máy phát điện, dụng cụ đo điện Động điện (quạt điện, máy bơm nước ) thiết bị điện dùng để biến đổi lượng điện thành Máy phát điện thiết bị điện dùng để biến đởi (sức nước, sức gió ) thành điện cung cấp cho tải tiêu thụ I BIẾN ĐỔI CƠ NĂNG THÀNH ĐIỆN NĂNG Dựa vào định luật cảm ứng điện từ tác dụng lực điện từ A QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG Cho dẫn thẳng với chiều dài l, chuyển động với vận tốc v mặt phẳng vng góc với đường sức từ trường với cảm ứng từ B (Hình 3.1) ec Fđt + v - - Theo định luật cảm ứng điện từ, dẫn xuất s.đ.đ cảm ứng với chiều xác định theo qui tắc bàn tay phải trị số: Ec = B.v.l (V) I R Hình 3.1 - Nối dẫn mạch với điện trở R, mạch xuất dịng điện: - Dòng điện chạy dẫn đặt từ trường, chịu tác dụng lực điện từ với chiều xác định theo qui tắc bàn tay trái trị số: Fđt = BIl (N) Thấy rằng, lực điện từ Fđt ngược chiều với vận tốc v, nên Fđt cản trở chuyển động dẫn - Để dẫn tiếp tục chuyển động với vận tốc v, phải tác dụng vào lực có trị số ngược chiều với F đt nhờ ngoại lực (động sơ cấp, sức gió, sức nước ) có công suất cơ: Pcơ = Fcv = BIlv = EI = Pđiện Thanh dẫn thẳng chuyển động từ trường biến công suất thành công suất điện cung cấp cho tải - Từ biểu thức (*) ta có: E = I(R + Rd) = U + Nhân vế với trị số dịng điện I, ta có : EI = UI + I hay Pđ = Pt + (**) Như vậy: Thanh dẫn thẳng chuyển động từ trường biến công suất thành công suất điện cung cấp cho tải làm nóng dẫn Trong biểu thức (**) bỏ qua số tổn thất ma sát, quạt làm mát B ỨNG DỤNG Để chế tạo máy phát điện chiều xoay chiều Ví dụ 1: Thanh dẫn có chiều dài tác dụng l = 1m chuyển động vuông góc với đường sức từ từ trường với cảm ứng từ B =1,2T Hai đầu dẫn trượt hai dẫn khác nối với điện trở R = 0,1 Vận tốc chuyển động dẫn v = 20 m/s Biết điện trở dẫn R d = 0,02 Xác định trị số dịng điện mạch và cân cơng suất - điện? Giải Có thể tóm tắt nội dung ví dụ hình I * Xác định dịng điện mạch - Áp dụng qui tắc bàn tay phải xác định chiều s.đ.đ cảm ứng ec dẫn thẳng chuyển động với vận tốc v R Fđt ec v B l Trị số s.đ.đ cảm ứng: Ec = Bvl = 1,2 20 = 24 (V) - Áp dụng định luật Ơm cho tồn mạch để tính dịng điện chạy qua điện trở R: (A) - Thanh dẫn có dịng điện đặt từ trường chịu tác dụng lực điện từ, chiều xác định theo qui tắc bàn tay trái có trị số: Fđt = BIl = 1,2 200.1 = 240 (N) * Cân công suất – điện - Các loại công suất mạch: Pcơ = Fđtv = 240 20 = 4800 (W) = 4,8 (KW) Pđiện = UI = I2R = 2002 0,1 = 4000 (W) = (KW) = I2Rd = 2002 0,02 = 800 (W) = 0,8 (KW) - Cân công suất: Pcơ = Pđiện + 4800 = 4000 + 800 * Chú ý: Trong ví dụ trên, người ta bỏ qua bước tính trị số lực điện từ công suất xác định theo công thức: Pcơ = Ec I = 24.200 = 4800 (W) II BIẾN ĐỔI ĐIỆN NĂNG THÀNH CƠ NĂNG Dựa vào định luật cảm ứng điện từ tác dụng lực điện từ A QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG Giả sử có dẫn chiều dài l, đặt từ trường với cảm ứng từ B Nối dẫn với nguồn ngồi có điện áp UN mạch có dịng điện I ( hình 3.2) Fđt v ec I - Dịng điện có trị số xác định theo định luật Ôm: + UN - 3.2 Hìnhmột lực - Thanh dẫn có dịng điện I đặt từ trường chịu tác dụng điện từ với chiều xác định theo qui tắc bàn tay trái trị số: Fđt = BIl (N) - Dưới tác dụng lực điện từ, dẫn chuyển dời với vận tốc v theo phương chiều Fđt làm xuất s.đ.đ cảm ứng với chiều xác định theo qui tắc bàn tay phải trị số: Ec = Bvl (V) - Thấy rằng, s.đ.đ Ec dòng điện I ngược chiều nên Ec sức phản điện động Theo định luật Kiếc Khốp II cho mạch vịng có: Như vậy: Thanh dẫn có dịng điện đặt từ trường nhận công suất điện nguồn biến thành công suất làm dẫn chuyển động nóng dẫn B ỨNG DỤNG Để chế tạo động điện chiều xoay chiều * Ví dụ 2: Thanh dẫn thẳng có chiều dài l = 0,5 m đặt mặt phẳng vng góc với đường sức từ từ trường với cảm ứng từ B =1,4 T nối tới nguồn điện có điện áp U = 0,5 V Thanh dẫn chuyển dịch với vận tốc 0,5 m/s Biết điện trở dẫn 0,01Ω (bỏ qua điện trở nguồn điện, điện trở dây nối) Xác định trị số dòng điện mạch và cân công suất điện cơ? Giải: Tóm tắt nội dung ví dụ hình vẽ I EN Fđt v ec B * Xác định dòng điện mạch Thanh dẫn thẳng có dịng điện đặt từ trường chịu tác dụng lực điện từ Fđt (chiều xác định theo qui tắc bàn tay trái) - Thanh dẫn chuyển dịch theo phương chiều lực điện từ với vận tốc v tạo s.đ.đ cảm ứng dẫn thẳng với chiều xác định theo qui tắc bàn tay phải có trị số: Ec = Bvl = 1,4 0,5 0,5 = 0,35 (V) - Áp dụng định luật Ơm tồn mạch, dịng điện mạch có trị số: - Trị số lực điện từ tác dụng lên dây dẫn thẳng: Fđt = BIl = 1,4 0,5 15 = 10,5 (N) * Cân công suất điện - - Các thành phần công suất mạch: Pcơ = Fđtv = 10,5 0,5 = 5,25 (W) Pđiện = ENI = 0,5 15 = 7,5 (W) = I2Rd = 152 0,01 = 2,25 (W) - Cân công suất: Pđiện = Pcơ + (7,5 = 5,25 + 2,25) * Chú ý: Trong ví dụ trên, người ta bỏ qua bước tính trị số lực điện từ công suất xác định theo công thức: Pcơ = Ec I = 0,35 15 = 5,25(W)