Bài giảng vật lý a1 chương 10

CHƯƠNG X: HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ §1 CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Hiện tượng cảm ứng điện từ a Các thí nghiệm Khi đưa cực N (cực bắc) nam châm lại gần ống dây kim điện kế bị lệch, chứng tỏ mạch dã xuất dòng điện gọi dòng điện cảm ứng Ic Qua thí nghiệḿ, Faraday rút kết luận tổng quát sau đây: a Sự biến đổi từ thông qua mạch kín nguyên nhân sinh dòng điện cảm ứng mạch đó b Dòng điện cảm ứng tồn thời gian từ thông gửi qua mạch thay đổi c Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi từ thông d Chiều dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào từ thông gửi qua mạch tăng hay giảm Định luật Lentz  Dòng điện cảm ứng có chiều cho từ trường gây có tác dụng chống lại nguyên nhân đã gây Định luật tượng cảm ứng điện từ Giả sử tốn công dA’ dịch chuyển vòng dây dẫn kín (C) từ trường thời gian dt từ thông qua vòng dây thay đổi lượng dΦm , vòng dây xuất dòng điện cảm ứng cường độ Ic Công từ lực tác dụng lên dòng điện cảm ứng trình đó là: dA = Ic.dΦm mà dA’ = - dA = - Ic dΦm Theo định luật bảo toàn lượng, công dA’ chuyển thành lượng dòng điện cảm ứng ξc.Ic.dt, đó ξc suất điện động cảm ứng, nên ta có: ξcIc.dt = - Ic dΦm Từ đó ta suy biểu thức suất điện động cảm ứng: d m c   dt  Suất điện động cảm ứng luôn về trị số ngược dấu với tốc độ biến thiên từ thông gửi qua diện tích mạch điện §2 HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM Hiện tượng tự cảm Xét mạch điện hình vẽ (10-3) Giả sử ban đầu mạch điện đóng kín, kim điện kế nằm vị trí "a" Nếu ngắt mạch điện, ta thấy kim điện kế lệch số không quay trở lại số không (h.10-3b) Nếu đóng mạch điện, ta thấy kim điện kế vượt lên vị trí a lúc nãy, quay trở lại vị trí a (Hình 10-3c) Hiện tượng giải thích sau: Khi ngắt mạch, nguồn điện ngừng cung cấp lượng cho mạch Vì vậy,dòng điện nguồn cung cấp giảm không Nhưng giảm lại gây giảm từ thông qua cuộn dây Kết cuộn dây xuất dòng điện cảm ứng chiều với dòng điện ban đầu để chống lại giảm dòng điện Vì khoá k ngắt, dòng điện cảm ứng qua k, chạy qua điện kế theo chiều từ B sang A (ngược chiều với dòng điện lúc đầu) Do kim điện kế quay ngược phía lúc đầu, sau dòng cảm ứng tắt, kim điện kế số không Còn k đóng mạch, dòng điện qua điện kế cuộn dây tăng lên từ giá trị không, làm cho từ thông qua ống dây tăng làm gây ống dây dòng điện cảm ứng ngược chiều với Một phần dòng điện cảm ứng rẽ qua điện kế theo chiều từ A sang B, để cộng thêm với dòng điện nguồn gây ra, làm cho kim điện kế vượt vị trí a Sau đó, dòng cảm ứng tắt, dòng qua điện kế dòng nguồn cấp, nên kim điện kế trở vị trí a Thí nghiệm chứng tỏ: Nếu cường độ dòng điện mạch thay đổi, mạch xuất dòng điện cảm ứng Vì dòng điện cảm ứng dòng điện mạch gây nên gọi dòng điện tự cảm, tượng gọi tượng tự cảm 2 Suất điện động tự cảm Hệ số tự cảm a Định nghĩa: Suất điện động gây dòng điện tự cảm gọi suất điện độngtự cảm d m  tc   dt b Biểu thức suất điện động tự cảm Vì Φm= LI L hệ số tỉ lệ phụ thuộc hình dạng, kích thước mạch điện vào tính chất môi trường bao quanh mạch điện L gọi hệ số tự cảm mạch điện d  LI   tc   dt c Hệ số tự cảm m L I d Hệ số tự cảm ống dây điện thẳng dài vô hạn Khi có dòng điện cường độ I chạy vòng dây dẫn, điểm bên ống dây có véc tơ cảm ứng từ và bằng: n B   n0 I    I l Từ thông gửi qua ống dây là: n2 S  m  nBS    I l Hệ số tự cảm ống dây: m n2 S L  0  I l Hiệu ứng bề mặt (skin-effect) Hiện tượng tự cảm xảy lòng dây dẫn có dòng điện biến đổi theo thời gian §3 HIỆN TƯỢNG HỖ CẢM Hiện tượng Giả sử có hai mạch điện kín (C1 ) và (C2 ) đặt cạnh nhau, đó có dòng điện I1, I2 Nếu dòng điện I1 chạy mạch C1 thay đổi thì từ thông dòng điện gửi qua mạch C2 biến đổi, gây C2 đó SĐĐ cảm ứng Dòng cảm ứng làm cho dòng điện C2 biến đổi, và từ thông gửi qua C1 biến đổi, làm xuất SĐĐ cảm ứng C1 Gọi tượng tượng hỗ cảm Suất điện động hỗ cảm, hệ số hỗ cảm a Định nghĩa Suất điện động gây dòng điện hỗ cảm gọi suất điện động hỗ cảm Gọi Φm12 từ thông dòng điện I1 gây và gửi qua diện tích mạch (C2), Φm21là từ thông dòng điện I2 sinh và gửi qua diện tích mạch (C1) Φm12 = M12.I1 Φm21 = M21.I2 M12 gọi hệ số hỗ cảm hai mạch (C1) và (C2), M21 hệ số hỗ cảm (C2) và (C1 ) Người ta đã chứng minh rằng: M12 = M21 = M Do đó, suất điện động xuất mạch (C2) là: d m12 dI  hc    M dt dt và (C1 ) là:  hc1 d m 21 dI   M dt dt §4 NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG Năng lượng từ trường ống dây điện a.Năng lượng từ trường:Gỉa sử ban đầu khoá K đóng, mạch có dòng điện không đổi I Khi toàn lượng nguồn cung cấp biến thành nhiệt - Khi đóng mạch, dòng điện i mạch tăng dần từ 0, trình mạch xuất itc ngược chiều với dòng điện nguồn sinh i0 làm cho dòng điện toàn phần mạch i = i0 – itc nhỏ i0 kết phần lượng nguồn cung cấp biến thành nhiệt -Khi ngắt mạchdòng điện nguồn cung cấp giảm từ I 0, mạch xuất dòng điện tự cảm chiều với dòng điện đó, làm cho dòng điện toàn phần mach lớn lớn lên giảm chậm lại, nhiệt toả mạch lúc lớn lượng nguồn cung cấp - Vậy đóng mạch phần lượng nguồn cung cấp tiềm tàn dạng lượng để ngắt mạch phầnnăng lượng toả đướiạng nhiệt, phần lượng lượng từ trường ống dây Áp dụng địnhluật Omh cho mạch điện trình dòng điện mạch thành lập: di di     Ri    L  Ri hay   Ri  L dt dt Nhân hai vế phương trình với idt idt  Ri dt  Lidi +ξidt lượng nguồn sinh thời gian dt +Ri2dt lượng toả nhiệt thời gian dt +dWm = Lidi lượng tiềm tàng dạng lượng từ trường Trong trình thành lập dòng điện lượng từ trường tc W   Lidi  LI I m b Mật độ lượng từ trường:năng lượng từ trường phân bố khoảng không gian từ trường Như ta đã nói trên, từ trường ống dây thẳng và dài từ trường và có thể coi tồn bên thể tích ống dây Như vậy, ống dây dài l, tiết diện S, có thể tích V = l.S, thì lượng từ trường đơn vị thể tích, tức mật độ lượng từ trường bên ống dây là:   W    n I  BH V l Như vậy, lượng từ trường thể tích dV dW   dV Do đó nănglượng từ trường bất kỳ chiếm thể tích V, W   BHdV  2 2 m m m m V m ... Xét mạch điện hình vẽ (10- 3) Giả sử ban đầu mạch điện đóng kín, kim điện kế nằm vị trí "a" Nếu ngắt mạch điện, ta thấy kim điện kế lệch số không quay trở lại số không (h .10- 3b) Nếu đóng mạch điện,... Nếu đóng mạch điện, ta thấy kim điện kế vượt lên vị trí a lúc nãy, quay trở lại vị trí a (Hình 10- 3c) Hiện tượng giải thích sau: Khi ngắt mạch, nguồn điện ngừng cung cấp lượng cho mạch Vì vậy,dòng