HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM NĂNG LƯỢNG CỦA TỪ TRƯỜNG ppt

Nắm và vận dụng được các công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây, công thưc xác định suất điện động tự cảm của ống dây, xông thức xác định suất điện động tự cảm..  Giải thích : Khi

HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM

NĂNG LƯỢNG CỦA TỪ TRƯỜNG

I MỤC TIÊU :

Hiểu được bản chất của hiện tượng tự cảm khi đóng mạch, khi ngắt mạch

Nắm và vận dụng được các công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây, công thưc xác định suất điện động tự cảm của ống dây, xông thức xác định suất điện động tự cảm

Hiểu được rằng từ trường có năng lượng Vận dụng được công thức xác định năng lượng từ trường trong ống dây và công thức xác định mật

độ năng lượng từ trường

II PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Phương pháp thực nghiệm và nêu vấn đề

III THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC :

IV TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY

PHÂN

PHỐI

THỜI

GIAN

HỌC SINH

GHI CHÚ

1. Kiểm tra

bài cũ và

kiến thức

cũ liên

quan với

Trả lời câu hỏi SGk

Làm bài tập 1,2,3, SGK

Kiểm tra và đánh giá

bài mới

(3’)

cứu bài

mới

1 Hiện tượng tự cảm

 Bố trí thí nghiệm như sơ đồ ở hình 62.1

Ñ1

Ñ2

R

L , R k

1 Hiện tượng tự cảm

Trong mục này SGK đưa ra hai thí nghiệm về hiện tượng tự cảm Đây lă hai thí nghiệm có tính kinh điển, trong SGK

cũ vẫn dùng hai thí nghiệm này Sơ đồ trong hình 62.1 SGK là sơ đồ thí nghiệm hiện tượng tự cảm khi đóng mạch ; sơ đồ trong hình 62.2 SGK là thí nghiệm về hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch

 Nhận xét : Khi đóng công tắc K ta nhận thấy bóng

đèn Đ1 sáng lên, còn bóng đèn Đ2 sáng lên từ từ mặc

dù điện trở thuần của hai nhánh giống nhau

 Giải thích Khi đóng công tắc, dòng điện trong cả

hai nhánh đều tăng (lúc đầu I = 0, sau đó I  0)

Trong nhánh hai dòng điện tăng làm cho từ thông qua

ống dây biến đổi. xuất hiện dòng điện cảm ứng trong

ống dây

Ap dụng qui tắc Lenxơ  dòng điện trong nhánh hai

không tăng lên nhanh chóng  bóng đèn Đ2 sáng lên

từ từ

Đối với thí nghiệm như hình 62.1 SGK,

Gv cần nhấn mạnh để học sinh chú ý rằng bóng đèn ở hai nhánh giống nhau và điện trở thuần hai nhánh đều như nhau Mặc dù vậy, khi đóng mạch, bóng đèn ơ hai nhánh có cuộn dây vẫn sáng lên chậm hơn

Trong thiết bị thí nghiệm, để có hai bóng đèn ở hai nhánh giống nhau ta có thể chọn trước, nhưng muốn điện trở thuần của hai nhánh bằng nhau thì GV phải điều chỉnh Muốn vậy ta đóng mạch điện cho hai bóng đều sáng nhưng độ sáng thường lă không như nhau Di chuyển

b) Thí nghiệm 2.

 Sơ đồ thí nghiệm như trên hình 62.2

Ñ

k

R1

 Nhận xét : Ngắt công tắt K , ta nhận thấy bóng đèn

không ngắt ngay mà loé sáng lên rồi sau đó mới tắt

 Giải thích : Khi ngắt công tắc, dòng điện trong

mạch giảm làm cho từ thông trong ống dây biến đổi

trong ống dây cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng

con chạy của biến trở thì độ sáng của bóng đèn trong nhánh có biến trở thay đổi Đến khi nhận thấy độ sáng của hai bóng đèn ở hai nhánh là như nhau thì điện trở thuần ở hai nhánh lúc đó được coi là bằng nhau

Sau khi đã làm thí nghiệm theo sơ đồ trên hình 62.1 SGK, để thí nghiệm có tính thuyết phục hơn, GV có thể đổi vị trí hai bóng đèn cho nhau rồi lại đóng mạch điện như trên Khi đó ta thấy bóng đèn ơ nhánh có ống dây sáng lên chậm hơn bóng đèn ở nhánh kia Điều đó khẳng định rõ ràng rằng ống dây chính là

Theo quy tắc Len-xơ thì dòng điện cảm ứng cùng

chiều với dòng điện trong mạch do nguồn gây ra, dòng

điện này đi qua bóng đèn  bóng đèn loé sáng lên

rồi sau đó mới tắt

c) Định nghĩa : Hiện tượng cảm ứng điện từ trong

một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện

trong mạch đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm.

2 Suất điện động tự cảm

Ta có  = BS cos 

nguyên nhân ngăn cản không cho dòng điện trong nhánh đó tăng lên nhanh chóng

Trên đây ta nói bóng đèn ở nhánh có ống dây sáng lên chậm hơn bóng đèn ở nhánh kia, nhưng cũng cần nói thêm rằng khoảng thời gian diễn ra sự chậm hơn đó rất ngắn Tuy nhiên, nếu có sự chú ý trước thì có thể phân biệt được

Đến đây GV có thể gợi ý H1

Trả lời H1 : Sau khi đóng mạch ít lâu độ sáng của hai bóng đèn ở hai nhánh lại

khi  = 0 thì  = BS  ~ B

Mà B ~ I   ~ I

Nghia là  = LI (62.1)

Hệ số tỉ lệ L trong công thức (62.1) gọi là hệ số tư cảm

( hay độ tự cảm) của mạch điện

Trong hệ SI, đơn vị của hệ số tự cảm là henri, kí hiệu

là H

Biểu thức tíng hệ số biểu cảm của một ống dây dài đặt

trong không khí là :

như nhau (Như trên đây nói lên sư sáng lên chậm hơn của bóng đèn ơ nhánh có ống dây diễn ra rất nhanh) Hai bóng đèn sáng như nhau chứng tỏ suất điện động cảm ứng trong ống dây khi đó bằng không Điều đó có thể giải thích là khi dòng điện trong các nhánh đã ổn định, không biến đổi Vì vậy suất điện động cảm ứng trong ống dây bằng không

Việc tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ hình 62.2 SGK đơn giản hơn thí nghiệm trước Sau khi ngắt mạch ta thấy bóng đèn lóe sáng lên rồi mới tắt Thí nghiệm

đó chứng tỏ khi ngắt mạch ống dây cũng

L = 4.10-7n2v (62.2)

Trong đó n là số vòng dây trên một đơn vị chiều dài

của ống, V là thể tích của ống

Suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự cảm

gọi là suất điện động tự cảm.

Hệ số tự cảm của một mạch điện là đại lượng không

đổi Do đó, có thể viết :

 = LI

sinh ra dòng cảm ứng Để tăng tính thuyết phục của thí nghiệm, GV có thể tiến hành một thí nghiệm phụ như sau Sau khi đã làm thí nghiệm theo sơ đồ như trên hình 62.2 SGK, GV thay ống dây bằng một điện trở thuần R1, nghĩa là bằng điện trở thuần của ống dây, rồi lại ngắt mạch như trên Khi đó ta sẽ thấy bóng đèn không lóe sáng như khi trong mạch có ống dây

Cũng có thể nói thêm rằng, tuy các động tác trong việc tiến hành thí nghiệm thì đơn giản nhưng việc nhận ra rằng, sau khi ngắt mạch bóng đèn lóe lên một chút

Thay biểu thức vừa viết vào (59.1) ta suy ra công thức

xác định suất điện động tự cảm sau :

t

I

L









3 Năng lượng tư trường

a) Nhận xét

Thí nghiệm 2 nói trên cho ta thấy sau khi ngắt công

tắc, bóng đèn vẫn còn sáng trong một khoảng thời

gian Năng lượng làm cho bóng đèn sáng không phải

là nguồn mà là do ống dây cung cấp Năng lượng này

được tích trữ trong ống dây từ trước khi ngắt công tắc

thì lại không đơn giản, bởi vì ống dây trong bộ thí nghiệm vẫn dùng ở nhà trường có độ tự cảm rất bé nên sự lóe sáng của bóng đèn thường không rõ ràng lắm Vì vậy ở thí nghiệm này, GV phải nhắc trước để học sinh chú ý hết sức thì mới nhận ra được sự loé sáng của bóng đèn

Đến đây, dựa vào 2 thí nghiệm trên GV

có thể đưa ra định nghĩa về hiện tượng tự cảm Cần nói rõ rằng, bản chất của hiện tượng tự cảm cũng là hiện tượng cảm ứng điện từ Chỉ có điều khác là hiện tượng nằm ngay trong mạch điện đang

b) Năng lượng của ống dây có dòng điện

Người ta chứng minh rằng, khi có dòng điện cường độ

I chạy qua ống dây có hệ số tự cảm L thì năng lượng

trong ống dây là :

2

LI

2

1

W  (62.4)

c) Năng lượng từ trường

Khi cho dòng điện chạy qua ống dây thì trong ống dây

có từ trường Vì vậy người ta quan niệm rằng năng

lượng của ống dây chính là năng lượng của từ trường

trong ống dây đó

khảo sát

2 Suất điện động tự cảm

Vì bản chất của hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ nên để thành lập công thức tính suất điện động tự cảm

có thể xuât phảt từ công thưc xác định suất điện động cảm ứng Tuy nhiên, nguyên nhân trưc tiếp gây ra hiện tượng

tự cảm là do sự biến thiên của dòng điện trong mạch Vì thế, hợp lí hơn cả là biễu diễn suất điện động tự cảm qua sự biến đổi của dòng điện trong mạch Muốn vậy, rõ ràng là cần phải thiết lập mối liên

Ta sử dụng công thức (50.3) để rút ra biểu thức của I.

Sau đó thay biểu thức I vừa thế ra vào biểu thức (62.2)

vào (62.4) ta được :

V B

10

8

1



Từ trường trong ống dây lă từ trường đều nên nếu gọi

w là mật độ năng lượng tư trường thì có thể viết W =

wV Do đó ta tìm được :

2 7

B

10

8

1

w



Công thức (62.6) đúng cho trường hợp từ trường

hệ giữa từ thông  và cương độ dòng điên I trong mạch để có thể suy ra mối liên hệ giữa    Đó là lí do vì sao trước khi nói về biểu thức của suất điện động tự cảm ta cần nói về hệ số tự cảm như SGK đã trình bày

Vậy là để mở đầu mục này GV cần nói

về hệ số tự cảm, một đại lượng bây giờ mới gặp lần đầu tiên

Để đưa ra định nghĩa về hệ số tự cảm,

GV cần nói về hệ số tự cảm, GV yêu cầu học sinh nhắc lại các công thức xác định cảm ứng từ của dòng điện tròn, dòng

không đều và từ trường phụ thuộc thời gian điện trong ống dây và gợi cho học sinh

nhận xét về mối liên hệ giữa B và I Các công thức vừa nhắc đến chứng tỏ rằng B

tỉ lệ với I Điều đó cho thấy rút ra nhận xét là từ thông  qua diện tích giới hạn bởi mạch điện cũng tỉ lệ với I ;  = LI,L

là một hệ số tỉ lệ

Đến đây, GV thông báo là hệ thức  = LI không chỉ đúng đối với hai trường hợp nói trên mà nó đúng với dòng điện trong các mạch có mạch khác nhau Hệ số L trong hệ thức đó gọi là hệ số tự cảm của mạch điện đang xét

Hệ số tự cảm của một mạch điện phụ thuộc vào dạng của mạch điện đó GV thông báo về công thức xác định hệ số tự cảm của mạch điện có dạng một ống dây,

đó là công thức (62.2)

Sau khi đã thiết lập được mối liên hệ giữa  và  thì việc tìm ra công thức xác định suất điện động tự cảm không còn gặp khó khăn đáng kể

Gợi ý H2 nêu lên vấn đề tương đối khó đối với những học sinh dưới trung bình

Vì vậy GV có thể gióe thiệu H3 đối với

những học sinh khá.

Trả lời H3 : Từ công thức (62.1) ta rút ra

I

φ

L  (*)

Nếu ống dây có N vòng dây và diện tích mỗi vòng dây bằng S thì  = NBS Gọi l

lă chiều dài ống dây thì  = nlBS = nBV Theo (50.3) ta có B = 4.10-7nI Thay các biểu thưc của  và B vừa viết vào (*) ta thu được công thức (62.2)

Để lưu ý học sinh sử dụng công thức (62.2) GV có thể dùng câu gợi ý H3

Trả lời H3 : (62.2) chỉ áp dụng cho trường hơp ống dây không có lõi sắt, nghĩa là chỉ áp dụng cho ống dây trên hình 62.3a

3 Năng lượng từ trường

GV đưa ra một hiện tượng để chứng tỏ rằng trong ống dây có năng lượng SGK chọn hiện tượng để làm dẫn chứng lă hiện tượng trong thí nghiệm 2 ở hình 62.2 SGK

Sau đó GV dùng phương pháp suy luận

để rút ra kết luận rằng năng lượng trong

ống dây chính lă năng lượng từ trường.

Từ đó, GV thông báo về công thức xác định năng lượng từ trường trong ống dây

Vấn đề nêu trong

3 Củng cố

bài giảng

Dặn dò của

học sinh

(5’)

Yêu cầu nhắc lại :

Nhấn mạnh các nội dung quan trọng

Trả lời câu hỏi và làm bài tập SGK

Chuẩn bị bài mới” “

HS tư lưc

