Chương V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 1. Khái niệm từ thông: a. Định nghĩa: Φ = BS.cosα b. Ý nghĩa từ thông: Từ thông qua diện tích S bằng số đường sức qua diện tích S được đặt vuông góc với đường sức. c. Đơn vị từ thông: Trong hệ SI: Wb (đọc là vêbe) 2. Hiện tượng cảm ứng điện từ: a. Dòng điện cảm ứng: là dòng điện xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch kín. b. Suất điện động cảm ứng: Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng đgl hiện tượng cảm ứng điện từ. 3. Chiều của dòng điện cảm ứng. Định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó. 4. Định luật Faraday về cảm ứng điện từ: a. Phát biểu định luật: độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch. b. Biểu thức: Dấu “ –“ biểu thị đ/l Len-xơ Nếu mạch điện là một khung dây có N vòng dây thì : với Φ: Từ thông qua diện tích giới hạn bởi 1 vòng dây. 5. Suất điện động cảm ứng trong 1 đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường: Suất điện động cảm ứng chỉ xuất hiện khi đoạn dây MN chuyển động trong từ trường. 6. Quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra 90 0 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó. 7. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây. Suất điện động cảm ứng trong đoạn dây chuyển động, có độ lớn : ec = t∆ ∆Φ Chỉ xét trường hợp đơn giản: v và B ⊥ đoạn dây dẫn (MN): * v ⊥ B ⇒ ∆Φ = BS = B. (l.v. ∆ t) ⇒ e c = B.l.v . với l: chiều dài và v là tốc độ của thanh MN * ( v , B ) = θ ⇒ e c = Blvsin θ 8. Dòng điện Fu –cô: a. Giải thích: Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng trong tấm kim loại có tác dụng ngăn cản sự chuyển động của chính tấm kim loại đó. Do đó tấm kim loại nhanh chóng dừng lại. b. Dòng điện Fu- cô: dòng điện cảm ứng sinh ra trong khối vật dẫn chuyển động trong từ trường hay đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian là dòng điện Phu_cô. c. Tính chất: đặc tính chung của dòng điện Fu –cô là tính chất xoáy. 9. Hiện tượng tự cảm: Hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm. 10. Suất điện động tự cảm a. Hệ số tự cảm: * Từ thông qua diện tích của mạch điện đang xét đó: Φ = Li (1) L: hệ số tự cảm ( độ tự cảm) i: cường độ dòng điện trong mạch đang xét * Đơn vị độ tự cảm: trong hệ SI là H (đọc: Henri) * BT tính hệ số tự cảm của một ống dây dài đặt trong không khí là: L = 4π.10 -7 n 2 V n: số vòng dây trên một đơn vị chiều dài của ốn (n =N/l) V: thể tích của ống. b. Suất điện động tự cảm: * Định nghĩa: Suất điện động xuất hiện do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm. *Biểu thức: từ (1) ⇒ ∆Φ = L∆i và e c = - t∆ ∆Φ Nên: e tc = - L t i ∆ ∆ (2) 11. Năng lượng của ống dây có dòng điện: Công thức tính năng lượng của ống dây có dòng điện chính là năng lượng từ trường trong ống dây đó: W = 2 1 L i 2 hay W = π 8 1 10 7 B 2 V Hay w = π 8 1 10 7 B 2 ; với W = w.V (w là mật độ năng lượng từ trường trong ống dây). α n α n I M N Q P ‘ 0 v B e c = - t∆ ∆Φ e c = - N t∆ ∆Φ BÀI TẬP 1. Một khung dây phẳng đặt trong từ trường đều B=5.10 -2 T. Pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 60 0 . Biết diện tích của khung là 12cm 2 . Tính từ thông qua khung. 2. Ở một nơi mà từ trường Trái Đất có B=42µT hướng xuống dưới làm thành góc 57 0 so với đường thẳng đứng thì từ thông qua mặt nằm ngang diện tích 5m 2 là ? 3. Một vòng dây phẳng giới hạn hai diện tích S=5cm 2 đặt trong từ trường đều có B=0,1T. Mặt phẳng vòng dây làm thành góc 30 0 với đường sức từ . Góc α được chọn là nhọn. Tính từ thông qua diện tích S. 4. Cuộn dây gồm N vòng, diện tích mỗi vòng là 25cm 2 . Hai đầu cuộn dây được nối với điện kế. Trong thời gian ∆t =0,5s, đặt cuộn dây đó vào trong từ trường đều có B=10 -2 T, có cảm ứng từ song song với trục cuộn dây. Tính độ biến thiên từ thông. Suy ra suất điện động cảm ứng trong cuộn dây ? 5. Một cuộn dây phẳng có 100 vòng, bán kính mỗi vòng là 0,1m. Cuộn dây đặt trong từ trường đều vuông góc với các đường cảm ứng từ. Lúc đầu B 0 =0,2T, cảm ứng từ giảm dần tới 0. Tính suất điện động cảm ứng trong cuộn dây trong khoảng thời gian 0,1s ? 6. Một khung dây 1000 vòng được đặt trong từ trường đều sao cho các đường cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung. Diện tích mặt phẳng bị giới hạn bởi mỗi vòng dây là 2dm 2 . Cảm ứng từ giảm đều từ 0,5 đến 0,2T trong khoảnh thời gian 0,1s Suất điện động cảm ứng trong mỗi vòng dây và trong toàn khung dây bằng ? 7. Một thanh dây dẫn dài 50cm, chuyển động trong từ trường đều B=0,4T. Góc hợp bởi phương chuyển động và đường sức là 30 0 và v = 2m/s. Suất điện động cảm ứng trong thanh bằng bao nhiêu ? Suy ra hiệu điện thế giữa hai đầu thanh. 8 .Một thanh dẫn điện MN dài 50cm chuyển động trong từ trường đều với vận tốc vuông góc với MN. Cảm ứng từ B = 0,8T. B hợp với v một góc 30 0 . Suất điện động cảm ứng xuất hiện ở thanh MN khi v = 2m/s là : A.0,6V B.0,4V C.0,5V D.0,8V 9. Chọn phát biểu sai: A.Một tấm kim loại dao động giữa hai cực một nam châm thì trong tấmkim loại xuất hiện dòng điện Phucô. B.Hiện tượng xuât hiện dòng điện Phu cô thực chất là hiện tượng cảm ứng điện từ C.Một tấm kim loại nối với hai cực một nguồn điện thì trong tấm kim loại xuất hiện dòng điện Phucô D.Dòng điện Phu cô trong lõi sắt của máy biến thế là dòng điện có hại 10. Một khung dây dẹt có 120vòng và bán kính vòng dây là 10cm.Cuộn dây được đặt trong từ trường đều, mặt khung dây vuông góc với B .Lúc đầu B =0,3T.Suất điện động trong khung khi cảm ứng từ giảm đều từ 0,3T đến 0 trong thời gian 0,1s có giá trị là A.9,8V B.5,56V C.16,2V D. 11,3V 11. Một khung dây dẫn ABCD đặt sát một dây dẫn thẳng có dòng điện. Xét các trường hợp sau: I. Cho khung quay quanh dây dẫn. II. Tịnh tiến khung dây xa dần dây dẫn. Ở trường hợp nào có dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây? A. I. C. Cả 2 trường hợp. B. II. D. Không có trường hợp nào. 12. Một khung dây hình chữ nhật có các cạnh 5cm và 8cm gồm 25 vòng đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10 -2 T. Pháp tuyến n của khung hợp với vectơ B góc 60 0 . Từ thông xuyên qua khung A) 2.10 -4 Wb B) 2. 10 -3 Wb C) 4. 10 -4 Wb D) 4. 10 -3 Wb 13. Một khung dây hình vuông cạnh a = 4cm gồm 20 vòng đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10 -3 T. Véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt khung. Quay khung 180 0 quanh một cạnh của khung mất 10 -2 giây. Lúc đầu pháp tuyến n của khung song song cùng chiều với vectơ B . Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung. A) 0,0128V B) -0,0128V C) 0,0256V D) – 0,0256V 14. Một thanh dây dẫn dài l = 40cm chuyển động trong từ trường vơi véc tơ vận tốc v vuông góc với thanh. Cảm ứng từ của từ trường B = 6.10 -2 T. Vectơ cảm ứng từ B hợp với véc tơ vận tốc một góc 30 0 . Suất điện động cảm ứng xuất hiện ở dây dẫn 0,024V. Khi đó vận tốc v của đoạn dây A) 3m/s B) 2,4m/s C) 2m/s D) 1,8m/s 15. Một khung dây hình chữ nhật có các cạnh 8cm và 10cm gồm 200 vòng đặt trong từ trường có véc tơ cảm ứng từ B song song cùng chiều với pháp tuyến n của khung. Trong khoảng thời gian 0,1 giây cảm ứng từ của khung giảm từ 0,4T đến 0,2T. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung A) 3,2V B) 6V C) 8V D) 2V 16. Một cuộn dây có độ tự cảm L =1,2H. Dòng điện qua cuộn dây giảm dần đều từ 2,4A đến 1,2A trong thời gian 0,5 phút. Suất điện động cảm ứng xuất hiện ở cuộn dây trong thời gian dòng điện biến thiên A) 0,48V B) 2,88V C) 0,048V D) 1,44V 17: Hiện tượng tự cảm không xảy ra trong trường hợp : A. Dòng điện xoay chiều qua ống dây B. Dòng điện không đổi qua ống dây C.Dòng điện biến đổi qua ống dây D. Ngắt dòng điện không đổi qua ống dây 18: Một thanh dây dẫn dài 20cm được nối hai đầu của nó với hai đầu của một mạch điện có r =1 Ω . Cho thanh chuyển động tịnh tiến trong từ trường đều B=0,08T với vận tốc v =10m/s, v vuông góc với B và vuông góc với thanh, bỏ qua điện trở của thanh và các dây nối. Cường độ dòng điện trong mạch là: A. 22,4A. B. 0,112A C. 0,224A D. 0,16A . Đơn vị từ thông: Trong hệ SI: Wb (đọc là vêbe) 2. Hiện tượng cảm ứng điện từ: a. Dòng điện cảm ứng: là dòng điện xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch kín. b. Suất điện động cảm ứng:. đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng đgl hiện tượng cảm ứng điện từ. 3. Chiều của dòng điện. dòng điện Fu –cô là tính chất xoáy. 9. Hiện tượng tự cảm: Hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm. 10. Suất điện