Bài giảng vật lý đại cương 2 chương 6 pgs ts nguyễn thành vấn

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 6: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Nội dung • Hiện tượng cảm ứng điện từ • Hiện tượng tự cảm • Hiện tượng hỗ cảm • Ứng dụng tượng cảm ứng điện từ • Năng lượng từ trường Chuẩn đầu • Hiểu khái niệm cảm ứng điện từ • Nắm tượng cảm ứng điện từ • Vận dụng giải tốn cụ thể tìm dịng điện cảm ứng, giải thích tượng cảm ứng điện từ lượng từ trường CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hiện tượng tự cảm Hiện tượng hỗ cảm Ứng dụng cảm ứng điện từ Năng lượng từ trường Định luật Kirchhoff mạch có cuộn cảm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6.0 HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ (CƯĐT) Sự phát sinh sức điện động cách thay đổi từ thông quan sát Faraday Henry vào đầu kỷ 19 Các thí nghiệm họ làm cho phát minh máy phát điện động cơ, máy biến thế, … Trong chương ta biết điện trường tĩnh phân bố tĩnh điện tích trường bảo tồn nghĩa tích phân đường điện trường quanh đường kín triệt tiêu ( E.d 0) C Các phần tử mang điện tích, điện tử, bị tác dụng lực khác Cơ, Hóa, … đoạn mạch kín khiến cho tích phân E quanh mạch khơng triệt tiêu ( E* d 0) C Trị số tích phân trường hợp gọi sức điện động: E* d C Sức điện động động lực trì dịng điện quanh mạch Khi pin cho dịng điện mạch ngồi, dịng điện pin chạy từ cực có điện thấp đến nơi có điện cao Lực hóa di chuyển điện tích ngược chiều CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Dây dẫn Nói cách khác: sức điện động nguồn điện (kí hiệu ) đại lượng đặc trưng cho độ mạnh nguồn điện, công để làm dịch chuyển đơn vị điện tích dương dọc theo mạch điện Thực vậy: E* +  Hình 4A.3 12 2 A12 A12 *  E d  F d   q q   * 1 u du o Đối với đoạn mạch: ng th an Nguồn điện ng - co + + c om E E.d cu Tổng quát: mạch kín : C E khơng phải điện trường tĩnh mà điện trường xốy, điện trường tĩnh ( CuuDuongThanCong.com E.d C 0) https://fb.com/tailieudientucntt 6.1 CÁC ĐỊNH LUẬT 6.1.1 THÍ NGHIỆM FARADAY (ĐỊNH LUẬT FARADAY) c om dS ng  Từ thông B th an co dS  m   B.dS =  BdScos S S cu u du o ng Hiện tượng cảm ứng điện từ xảy Ba điều kiện dẫn đến  m ba thông số sau thay thay đổi đổi: Vậy từ thông gửi qua diện tích mạch thay đổi  B thay đổi mạch xuất hiện  Diện tích S vòng dây thay đổi tượng cảm ứng điện từ (sức  Vị trí tương đối mặt phẳng điện động cảm ứng vòng dây B thay đổi (góc  ) dịng điện cảm ứng) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ng c om Sức điện động cảm ứng độc lập với cách thức mà từ thông thay đổi, biến đổi từ trường , có thểBdo biến dạng hay dịch chuyển mạch, …Ở khía cạnh đó, định luật Faraday, suy từ nguyên lý bảo toàn lượng, định luật nên xem kết thực nghiệm độc lập ng th an co Thí nghiệm cho thấy dòng điện cảm ứng lớn hay nhỏ phụ thuộc tốc độ thay đổi từ thông: d m dt cu u du o Dòng điện cảm ứng sinh để chống lại thay đổi từ thông nên: d m c   dt Dấu trừ chiều sức điện động cảm ứng, gọi sức điện động đối, cho mạch chống lại (có hiểu lực qn tính học) nguyên nhân phát sinh sức điện động ấy, thể theo định luật Lenz CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ng c om Dịng điện cảm ứng phải có chiều cho từ trường sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh th an co Khi dịng điện thay đổi (ví dụ dịng điện biến thiên)  B dịng điện sinh thay đổi => từ thơng gửi qua diện tích mạch (của dịng điện đó) thay đổi => tượng tự cảm ứng điện từ => tượng tự cảm cu u du o ng d m d m dI c      tc dt dI dt Với: d m L dI : hệ số tự cảm (Henry) dI  tc   L dt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt B c om B co BC th an I cu u du o ng I tăng  B tăng   m tăng Ic = Itc BC ng Ic = Itc BC Sinh để chống lại tăng B  Bc  B CuuDuongThanCong.com Ic = Itc I I giảm B giảm   m giảm Ic = Itc BC Sinh để chống lại giảm B  Bc  B https://fb.com/tailieudientucntt B   nI c om  Từ trường ống dây: (4B.20) co ng  Từ thơng gửi qua ống dây (có N vòng dây):  m  NBS d m L dI du o u cu  Ta có: IS N  n     ng th an  m  0 N2 L  0 CuuDuongThanCong.com N (6.8) S https://fb.com/tailieudientucntt cu u du o ng th an co ng c om Máy cấu tạo hình vẽ, gồm cuộn dây vng góc nhau, cuộn cuộn phát, gặp vật dẫn đất, từ thông qua biến thiên, tạo nên dịng hỗ cảm qua cuộn 1, xuất dòng điện hỗ cảm cuộn 1, báo cho biết có vật dẫn đất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6.5 NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG i0 itc I I R o K i o ng  c om i co O Hình 6.12.b an Hình 6.12.a th ĐĨNG MẠCH (hình 6.12b) du o ng  i tăng từ đến trị ổn định cực đại I cu u  Trong mạch xuất dòng điện tự cảm itc ngược chiều với dịng điện i0 Dịng điện tồn phần: i = i0 – itc < i0 Chỉ có phần điện biến thành nhiệt CuuDuongThanCong.com t i O Hình 6.12.c t NGẮT MẠCH (hình 6.12c) Dịng điện giảm đột ngột từ I Do mạch xuất dịng điện tự cảm chiều với dịng điện đó, làm cho dịng điện toàn phần mạch lớn lên giảm chậm lại Nhiệt tỏa mạch lúc lớn lượng nguồn điện sinh https://fb.com/tailieudientucntt ng c om Khi đóng mạch, phần điện nguồn điện sinh tiềm tàng dạng lượng cuộn dây, để ngắt mạch phần lượng tỏa dạng nhiệt mạch co Xét q trình dịng điện sinh mạch: an    tc  Ri di Sức điện động tự cảm:  tc   L dt di   Ri  L dt cu u du o ng th Định luật Ohm: idt  Ri dt  Lidi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt idt  Ri dt  Lidi ng c om Năng lượng tiềm tàng dạng lượng từ trường ng th an co Điện nguồn điện sinh cu u du o Điện biến thành nhiệt Năng lượng từ trường CuuDuongThanCong.com I Wm  L idi  LI https://fb.com/tailieudientucntt ng c om  Mật độ lượng từ trường ống dây: NI N2 L  0 S (6.8) B   với (4B.20) th an co Wm N 2 N2 B2 Wm  LI  0 SI   0 I  w m  2 S 2 0 du o ng  Năng lượng từ trường cu u Wm   dWm   w m dv  v v 2  v B2 dv Wm   B.Hdv v CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng Chọn chiều vòng mạng chiều dòng điện  Ta có phương trình: di   Ri  L dt di Ri  L    dt Đổi chiều dòng điện: R L cu u du o ng th an co i i  i1 di1 Ri1  L   dt CuuDuongThanCong.com Hình 9.13 R  i1 Hình 9.14 https://fb.com/tailieudientucntt L .c om cu u du o ng th an co ng Kết luận Trong vịng mạng có cuộn cảm L, ta áp dụng định luật Kirchhoff cách gán dấu (+) trước Ldi/dt chiều vòng mạng chiều dòng điện; dấu (-) trước Ldi/dt chiều vòng mạng ngược chiều dòng điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ng c om Cho đoạn mạch hình vẽ, tụ điện C tích điện hiệu điện UAB = VA – VB L co Khi đóng khóa K, tụ phóng điện mạch gây dòng điện i Năng lượng điện trường tụ dần dạng nhiệt R, gọi trạng thái chuyển tiếp du o ng th an B K Hình 9.15 cu u Chọn t = lúc khóa K đóng, chiều dịng điện hình vẽ, q điện tích tụ C thời điểm t A Trong khoảng thời gian dt, điện tích dq = -idt rời A tụ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt cu u du o ng th an co ng c om  Áp dụng định luật Kirchhoff: di Ri  L  (VB  VA )  dt Mà q VA  VB  U AB  C di q  Ri  L   dt C dq  d 2q dq q  i  L R   (*)   dt dt C dt    Nghiệm phương trình (*) cho ta biết tiến triển trạng thái chuyển tiếp  Phương trình đặc trưng phương trình (*): Lr  Rr   C CuuDuongThanCong.com (**) https://fb.com/tailieudientucntt a) Trạng thái phi tuần hoàn: c om 4L Nếu R   (**) có hai nghiệm r1,2 < C q  A1e  A2e r1t Vậy: i du o Trạng thái phi tuần hoàn u i = -dq/dt → cu t → +∞ ng th q→0 an co ng Nghiệm (*): r2 t CuuDuongThanCong.com t O https://fb.com/tailieudientucntt b) Trạng thái giả tuần hồn: 4L R   : Phương trình (**) có nghiệm phức liên hiệp C R   r1,2    j  0    2L   ng c om co  Nghiệm phương trình (*) là: ng th an q  A1e( j)t  A2e( j)t du o  q đại lượng vật lý, phải diễn tả số thực ! cu u Vậy A1 A2 phải số phức liên hợp A A* Lr  Rr   C CuuDuongThanCong.com q  Ae(  j)t  A*e(  j)t https://fb.com/tailieudientucntt .c om  Khai triển phương trình dùng cơng thức Euler : e j  cos   jsin  ng co Q2  4(a  b2 ) b tg   a Trạng thái giả tuần hoàn an  Đặt: i th t du o ng  Ta phương trình: u q  Qeat cos(t  ) cu  Nhận xét: i dao động với tần số góc ω biên độ giảm dần triệt tiêu theo thời gian, theo dạng hàm số mũ Ta gọi trạng thái giả tuần hoàn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt c) Trạng thái tới hạn: 4L  Nếu R   (**) có nghiệm kép thực: C ng i an Trạng thái tới hạn ng th  Nghiệm (*) : co R  2L c om du o q  (A  Bt)e t cu u t Trạng thái tới hạn trạng thái trung gian phi tuần hoàn giả tuần hoàn, i giảm nhanh trạng thái phi tuần hồn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt co Ri dt   Lidi   an t1 t2 t1 th  t2 ng c om Nhân vế phương trình (*) cho dq = - idt ta được: di qdq Ri dt  L idt  0 dt C Lấy tích phân hai vế từ t1 đến t2: t2 t1 t2 qdq 0 C 1 q  1  Li    Ri dt    2    t1  C  t1 t1 t2 cu u du o ng t2 Năng lượng tích trữ cuộn cảm L tụ điện C CuuDuongThanCong.com Năng lượng tiêu hao điện trở R dạng nhiệt https://fb.com/tailieudientucntt Ý nghĩa vật lý co ng c om Trong thời gian t1 đến t2, lượng tích trữ tụ điện cuộn cảm bị tiêu hao dạng nhiệt điện trở ng th an  Ở trạng thái phi tuần hoàn tới hạn lượng tụ điện cuộn cảm giảm lúc cu u du o  Ở trạng thái giả tuần hoàn: tụ cuộn cảm trao đổi lượng qua lại chúng Giống mạch dao động LC, lượng từ cực đại lượng điện không ngược lại, lượng dần dạng nhiệt điện trở dây cuộn cảm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt