Cảm ứng điện từ

1 1. Hiệntượng cảm ứng điệntừ 2. Hiệntượng tự cảm 3. Năng lượng từ trường CHƯƠNG 5 – CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 2 1. Hiệntượng cảm ứng điệntừ Michael Faraday (1791-1867) Thí nghiệm Faraday v r N S v r v r 'B r 'B r S N S N I I v r v r 'B r 'B r S N S N I I 3 1. Hiệntượng cảm ứng điệntừ Thí nghiệm Faraday Michael Faraday (1791-1867) v r 'B r B r Tăng dần B r thay đổi II 4 1. Hiệntượng cảm ứng điệntừ ) Dòng cảm ứng xuấthiện trong mạch kín là kếtquả của quá trình biến đổitừ thông qua mạch đó. ) Dòng cảm ứng chỉ tồntạitrongthời gian từ thông gửi qua mạch thay đổi. ) Cường độ dòng cảm ứng tỉ lệ thuận vớitốc độ biến đổicủatừ thông. ) Chiều dòng cảm ứng phụ thuộcvào từ thông gửi qua mạch tăng hay giảm. Thí nghiệm Faraday Michael Faraday (1791-1867) 5 Định luậtLenz Heinrich Lenz (1804-1865) ) Nội dung: Dòng cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra chống lạisự biến thiên củatừ thông sinh ra nó. 1. Hiệntượng cảm ứng điệntừ ) Áp dụng: 'B r S N S N v r I C B’ B ª Khi cựcBắc(N) tiến vào vòng dây ⇒ từ thông Φ m do từ trường B củanam châm gửiqua cuộn dây có chiềutừ trên xuống và tăng dần ⇒ xuấthiện dòng cảm ứng I C ⇒ tạoraB’cảm ứng ngược chiềuB ⇔ từ thông Φ ’ m củaB’chống lạisự tăng của Φ m ⇒ xác định chiều Ic. v r S N I C B’ B ª Rút thanh nam ra khỏi vòng dây ⇒ hiệntượng ngượclại. 6 Sức điện động cảm ứng ª Vòng dây dẫn kín di chuyển trong B 1. Hiệntượng cảm ứng điệntừ ª Công củatừ lực để di chuyển vòng dây: dA = I c . d Φ m ª Biếnthiêntừ thông gửi qua vòng dây trong thờigiandt: d Φ m ⇒ dòng cảm ứng I c ⇔ xuấthiệnmộtnguồn điệncảm ứng hay s.đ.đ cảm ứng E c . ª Theo đ/l Lenz: từ lựctácdụng lên I c ngăncảnsự di chuyển của vòng dây (là nguyên nhân sinh ra I c ) ⇒ công cản: dA’= -dA= - I c . d Φ m ) Định luậtcơ bảncủahiệntượng cảm ứng điệntừ 7 ª Sức điện động cảm ứng trong mộtmạch kín bấtkỳ bằng về trị số nhưng khác dấuvớitốc độ thay đổicủatừ thông qua mạch. ª Nếutừ thông gửi qua diệntíchmạch kín giảmtừ giá trị Φ m về 0: ttdt d mmm C Δ Φ = Δ Φ − −= Φ −= 0 E ⇒ Φ m = E c . Δ t ª Webe là từ thông gây ra trong một vòng dây dẫn bao quanh nó mộtsức điện động cảm ứng bằng 1 V khi từ thông đógiảm đềuxuống giá trị 0 trong thờigian1 s ª Theo đ/l bảotoànnăng lượng: dA’ chuyển thành NL của I c ⇒ dA’ = -I c . d Φ m = E c .I c .dt (NL của I c ) dt d m C Φ −= E Sức điện động cảm ứng 1. Hiệntượng cảm ứng điệntừ ª Với Δ t = 1 s, E c = 1 V ⇒ Φ m = 1 (V) . 1 (s) = 1 Webe (Wb) ) Định luậtcơ bảncủahiệntượng cảm ứng điệntừ ) Định nghĩa đơnvị từ thông 8 Máy phát điện xoay chiều 1. Hiệntượng cảm ứng điệntừ ª Vị trí ban đầucủa khung tương ứng góc α giữapháp tuyếnmặtphẳng khung và B r n r ª Sau khoảng thờigiant ⇒ vị trí khung ứng với góc: ϕ = ω t + α ) Khung dây (N vòng dây) diệntíchS quay trong từ trường đều ( ) vớivận tốcgóc ω . constB = r I C α B r n r O Chổithan Cổ góp ω r ~ ) Từ thông gửi qua khung sau khoảng thờigiant: Φ m = N.B.S.cos ϕ = N.B.S.cos( ω t+ α ) 9 Máy phát điện xoay chiều 1. Hiệntượng cảm ứng điệntừ ª Đặt E cmax = N.B.S. ω ( ) αω c + = ⇒ t sin. maxC EE ª Chu kỳ = chu kỳ quay của khung: ω 2π T = ) Dòng cảm ứng ωtsin R NBSω R E I C c == 0 max c I R NBSω I == I c = I 0 .sin ω t Đặt: ) Khi khung quay đềutrong từ trường ⇒ xuấthiện1 s.đ.đ cảm ứng xoay chiều hình sin theo đ/l Lenz: () αωω +=−= tsin N.B.S dt dΦ m C E Φ m = NB.S.cos ω t ωtNB.S.ωB.S. C = E Φ m , E c , Vị trí khung dây trong từ trường B 10 Dòng xoáy (dòng Foucault/ eddy current) 1. Hiệntượng cảm ứng điệntừ Léon Foucault (1819-1868) ) Dòng cảm ứng (có dạng xoáy) xuấthiện trên bề mặtvậtdẫn khi đặt trong từ trường: R I C F E = ª Xuấthiệntừ trường riêng của dòng cảm ứng I F Cuộn dây Từ trường cuộndây Dòng xoáy Từ trường dòng xoáy Vậtdẫn ) Hệ quả: ª Dòng cảm ứng xuấthiện trên bề mặtvậtdẫnsẽ bị tiêu tán dướidạng nhiệt ⇒ tiêu hao năng lượng vô ích ⇒ giảm hiệusuấtthiếtbị (đặcbiệtvới các động cơ). [...]... tượng cảm ứng điện từ Dòng xoáy (dòng Foucault/ eddy current) Do có từ trường của dòng cảm ứng xuất hiện trên bề mặt vật dẫn ⇒ ứng dụng trong các thiết bị dò tìm kim loại Báo động Dòng tạo từ trường Dòng cảm ứng do từ trường dòng xoáy Dòng xoáy Cuộn phát Cuộn thu Cửa an ninh (security gate) Dòng xoáy Thiết bị dò mìn (mine detector) 11 2 Hiện tượng tự cảm Hiện tượng Mạch điện: + ống dây có lõi sắt + Điện. .. L.I Đ/v mạch ứng yên và giữ nguyên hình dạng: d ( LI ) dI (L: Hệ số tự cảm) E tc = − = −L dt dt Trong mạch điện ứng yên và không thay đổi hình dạng, sức điện động tự cảm luôn bằng tốc độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch 13 2 Hiện tượng tự cảm Hệ số tự cảm Định nghĩa đơn vị đo hệ số tự cảm (L) Đơn vị : Henry (H), 1H = 1Wb Wb =1 1A A H là hệ số tự cảm của 1 mạch kín, khi có dòng điện cường độ... kế (G) Ngắt mạch ⇒ từ thông qua cuộn dây giảm từ Φm → 0: Xuất hiện dòng cảm ứng Ic ngược chiểu dòng ban đầu (đ/l Lenz) ⇒ kim của G lệch theo chiều ngược lại I Ic G G G K Sau khoảng thời gian t ⇒ kim G trở về 0 Đóng mạch ⇒ quá trình ngược lại Dòng tự cảm: dòng điện sinh ra trong một mạch điện khi từ thông gửi qua mạch bởi dòng điện của mạch đó thay đổi 12 2 Hiện tượng tự cảm S.đ.đ tự cảm dΦ m Theo đ/l... vật liệu bề mặt ~ 2 mm Tần số f = 105 Hz ⇒ dòng tự cảm chỉ chạy trong lớp vật liệu bề mặt ~ 0,2 mm Ứng dụng trong công nghệ: Dùng dây dẫn rỗng để tải dòng cao tần Kỹ thuật tôi bề mặt hợp kim bằng dòng cao tần 15 3 Năng lượng từ trường Năng lượng từ trường của một ống dây Mạch điện có khóa K: + Sức điện động E, dòng i0 ii00 + Ống dây hệ số tự cảm L + Điện trở R Khi đóng mạch ⇒ i ↑ ⇒ B & Φm gửi qua L... i0 16 3 Năng lượng từ trường Năng lượng từ trường của một ống dây Áp dụng đ/l Ohm trong quá trình hình thành dòng điện i: E + Etc = R.i di Hay: E = R.i + L dt Nhân 2 vế với idt: E idt = R.i2dt + L.i.di NL nguồn NL nhiệt NL từ trường NL từ trường khi thiết lập dòng điện trong ống dây: dW = L.i.di i=I 1 ⇒ W = ∫ dW = ∫ L.i.di = L.I 2 2 0 i =0 17 3 Năng lượng từ trường Mật độ năng lượng từ trường l Trong... ra trong chân không, từ thông bằng 1 Wb Trường hợp ống dây có lõi sắt: Φ N.B.S μμ0 n 2 S.I L= I = I = I.l N òng v l S = μμ0 n 2 S l Do μ lõi sắt lớn ⇒ đơn vị H lớn ⇒ thực tế chỉ dùng đơn vị mH = 10-3 H, hoặc 1μH = 10-6 H 14 2 Hiện tượng tự cảm Hiệu ứng bề mặt Khi cho dòng điện cao tần chạy qua 1 dây dẫn ⇒ dòng tự cảm chỉ xuất hiện ở bề mặt dây dẫn r B Tần số f = 103 Hz ⇒ dòng tự cảm chạy trong lớp vật... tích: V = l.S Mật độ NL từ trường trong ống dây: 1⎛ n2 S ⎞ 2 1 L.I 2 2 ⎜ μμ0 l ⎟ I ⎜ ⎟ W 2 ⎝ ⎠ = = wm = V l.S l.S 1 n2 2 = μμ0 2 I 2 l n B = μμ0 I l 1 B2 wm = (trong ống dây: B = const) 2 μμ0 Áp dụng cho mọi từ trường bất kỳ 18 3 Năng lượng từ trường Năng lượng từ trường không gian Chia không gian từ trường thành những thể tích vô cùng nhỏ dV sao cho B = const trong mỗi dV Năng lượng từ trường trong mỗi... lượng từ trường không gian Chia không gian từ trường thành những thể tích vô cùng nhỏ dV sao cho B = const trong mỗi dV Năng lượng từ trường trong mỗi thể tích dV: 1 B2 dWm = wm dV = dV 2 μμ 0 Năng lượng từ trường trong cả không gian: 1 B2 Wm = ∫ dWm = ∫ dV 2 μμ0 V V B H= μμ 0 1 Wm = ∫ BHdV 2V 19 . ứng điệntừ ª Vị trí ban đầucủa khung tương ứng góc α giữapháp tuyếnmặtphẳng khung và B r n r ª Sau khoảng thờigiant ⇒ vị trí khung ứng với góc: ϕ = ω t + α ) Khung dây (N vòng dây) diệntíchS. L.i.di 3. Năng lượng từ trường Năng lượng từ trường củamột ống dây dt di LR.i += E Hay: E idt = R.i 2 dt + L.i.di ª Nhân 2 vế với idt: 18 3. Năng lượng từ trường Mật độ năng lượng từ trường l 2 2 2 0 2 2 0 2 m I l n μμ 2 1 l.S I l Sn μμ 2 1 l.S L.I 2 1 V W w = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ === ª. trong mạch. S.đ.đ tự cảm 2. Hiệntượng tự cảm Φ m ∼ B B ∼ I Do: Φ m ∼ I = L.I dt d m tc Φ −= E ) Theo đ/l Lenz: dt dI L dt LId tc −=−= )( E ) Đ/v mạch đứng yên và giữ nguyên hình dạng: (L: Hệ số