nghiên cứu các kiến thức phần cảm ứng điện từ

MỞ ĐẦU Học phần nghiên cứu chương trình Vật lý phổ thông có nhiệm vụ nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức thể sách giáo khoa Vật lý phổ thông cách tổ chức dạy học số kiến thức cụ thể Việc hiểu sâu sắc nội dung kiến thức phổ thông cách trình bày kiến thức sách giáo khoa điều kiện để giáo viên thực tốt công tác giảng dạy Cũng với mục đích nên chọn đề tài: ''Phân tích kiến thức phần Cảm ứng điện từ" làm tiểu luận môn học Trong khuôn khổ tiểu luận này, tập trung vào nhiệm vụ phân tích kiến thức phần “ Cảm ứng điện từ” Để thực nhiệm vụ trên, sử dụng phương pháp nghiên cứu lí thuyết để nghiên cứu tài liệu Bao gồm : thu thập, lựa chọn, phân tích, tổng hợp từ tài liệu liên quan sách giáo khoa, sách giáo viên, giáo trình Vật lý đại cương, tài liệu Internet Trong cách trình bày kiến thức cố gắng quan tâm nhiều đến ý nghĩa vật lý kiến thức, hạn chế đến mức tối thiểu việc sử dụng công cụ toán học phức tạp Tuy nhiên, đặc thù nội dung phần này, phép tính vec tơ tích phân dùng đến nhằm để làm rõ xác kiến thức CHƯƠNG V: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ NỘI DUNG CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN + Từ thông + Hiện tượng cảm ứng điện từ: Chiều dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng, nang lượng từ trường + Dòng điện Fu-cô + Hiện tượng tự cảm PHÂN TÍCH CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN I TỪ THÔNG 1.1 Khái niệm từ thông 1.1.1 Đường cảm ứng từ Trong không gian từ trường bất kì, vectơ cảm ứng từ biến đổi từ điểm sang điểm khác hướng độ lớn Vì vậy, để có hình ảnh khái quát cụ thể biến đổi ấy, người ta đưa khái niệm đường cảm ứng từ “Đường cảm ứng từ đường cong vạch từ trường cho tiếp tuyến điểm trùng với phương vectơ cảm ứng từ điểm ấy, chiều đường cảm ứng từ chiều vectơ cảm ứng từ” Đường cảm ứng từ có tính chất sau: - Qua điểm từ trường vẽ đường cảm ứng từ - Đường cảm ứng từ đường cong khép kín vô hạn hai đầu - Các đường cảm ứng từ không cắt - Quy ước vẽ số đường cảm ứng từ qua đơn vị diện tích nằm vuông góc với phương từ trường tỉ lệ với độ lớn vectơ cảm ứng từ nơi đặt diện tích 1.1.2 Từ thông Xét diện tích dS đủ nhỏ từ trường cho vectơ cảm ứng từ qua diện tích coi điểm Ta đưa khái niệm từ thông gứi qua diện tích dS đại lượng có giá trị r r dφ = BdS Trong r B vectơ cảm ứng từ điểm diện tích ấy, vectơ nằm theo phương pháp tuyến r n r dS với diện tích xét, có chiều chiều dương pháp tuyến đó, có độ lớn độ lớn diện tích Gọi r B α góc hợp r dS r B lên phương pháp tuyến đó, (tức góc hợp r dS n hình chiếu r n r dS r r B Bn ), hình chiếu lên mặt phẳng vuông góc với đường sức từ, ta có: dφ = BdS cos α = Bn dS = BdS n dφ dương âm phụ thuộc vào góc Số đường cảm ứng từ vẽ qua diện tích BdS n Như vậy, số đường cảm ứng từ qua dS n dS α nhọn tù vuông góc với từ trường tỉ lệ với tích tỉ lệ với BdSn , tức tỉ lệ với từ thông Nếu muốn tính từ thông qua diện tích S có kích thước lớn nằm từ trường bất kì, chia S thành diện tích nhỏ dS cho phần tử vectơ cảm ứng từ không đổi Như vậy, từ thông gửi qua diện tích lớn r r φ = ∫ BdS S Nếu diện tích S phẳng nằm từ trường vuông góc với đường cảm ứng từ thì: r r φ = ∫ BdS = ∫ BdS = B ∫ dS = BS S S S Khi nói đến từ thông tức muốn nói đến số đường cảm ứng từ qua diện tích đó, số đường cảm ứng từ luôn dương, từ thông dφ đại lượng đại số, âm dương phụ thuộc vào góc công thức trên, thay đổi r r α B dS , , α Dựa vào từ thông qua dS thay đổi Trong hệ SI, đơn vị cảm ứng từ B Tesla, đơn vị S m2 , lúc đơn vị từ thông Wb 1.1.3 Định lý O-G từ trường Trường tĩnh điện gây điện tích đứng yên, từ trường gây điện tích chuyển động, nay, người ta chưa tìm thấy từ tích Vì định lí O–G từ trường phát biểu là: “Từ thông gửi qua mặt kín không” r r Ñ ∫ BdS = r divB = Công thức chứng tỏ đường sức từ trường phải đường khép kín II HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 2.1 CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG 2.1.1 Định luật Len-xơ chiều dòng điện cảm ứng Như vậy, từ thông qua mạch kín biến thiên mạch xuất dòng điện cảm ứng Vậy chiều dòng điện cảm ứng tuân theo qui luật nào? Nghiên cứu tượng CƯĐT, Len-xơ tìm định luật tổng quát chiều dòng điện cảm ứng, gọi định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng xuất mạch điện kín có chiều cho chống lại biến đổi sinh Giải thích: Áp dụng định luật lenz vào thí nghiệm hình vẽ bên theo cách khác Hình bên vẽ đường sức từ B nam châm Theo quan điểm này, ΦB thay đổi nói đến định luật lenz, tăng qua vòng dây Khi đó, thông lượng tăng lên, mật độ đường sức từ tăng lên, vòng dây nhận nhiều đường sức Dòng điện cảm ứng i chống lại thay đổi cách thiết lập nên từ trường Bi nó, để chống lại tăng thông lượng Như từ trường Bi phải hướng từ trái sang phải qua mặt vòng dây vẽ bên hình trên(a) Ở rõ cách dùng quy tắc bàn tay phải để gắn chiều dòng điện cảm ứng i với chiều từ trường Bi i gây Từ trường cảm ứng không chống lại từ trường nam châm Nó chống lại thay đổi trương này, mà trường hợp xét thay đổi tăng từ thông qua vòng dây Nếu kéo nam châm xa, từ thông Hình6bcủa từ qua vòng dây bị giảm Từ trường cảm ứng lúc chống lại giảm thông ΦB (tức thay đổi) cách làm cho từ trường mạnh lên Chiều dòng điện tạo tác dụng vẽ hình(6c) Nếu dặt đối diện cực nam nam châm với vòng dây dưa nam châm lại gần vòng dây, sau lại kéo xa từ trường cảm ứng giống vẽ hình (c) (d) tương ứng Trong bốn hình , tù trường cảm ứng chống lại thay đổi sinh 2.1.2 Quy tắc bàn tay phải Quy tắc bàn tay phải áp dụng để xác định chiều dòng điện cảm ứng trường hợp có chuyển động mạch điện Thực ra, quy tắc bàn tay phải thay quy tắc bàn tay trái xác định chiều lực Lorenxơ tác dụng lên hạt mang điện tự mach suy chiều dòng cảm ứng Tuy nhiên, quy tắc bàn tay phải sử dụng thuận tiện Quy tắc bàn tay phải: “Đặt bàn tay phải hứng đường cảm ứng từ, ngón choải 90 o hướng theo chiều chuyển động đoạn dây, đoạn dây dẫn đóng vai trò nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chiều từ cực âm sang cực dương nguồn điện đó” 2.2 SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG 2.2.1 Định luật Faraday Sự xuất dòng điện cảm ứng chứng tỏ mạch có suất điện động (s.đ.đ) Suất điện động gọi s.đ.đ cảm ứng Faraday nghiên cứu định lượng yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn s.đ.đ cảm ứng Ông khảo sát s.đ.đ lớn từ trường biến đổi nhanh, song s.đ.đ không tỉ lệ đơn giản vào biến thiên từ trường mà xác tỉ lệ với biến thiên từ thông gởi qua khung dây Do mà ban đầu, phân tích kết thí nghiệm, Faraday phát biểu sau : Một lực điện động sinh cảm ứngkhi từ trưòng quanh vật dẫn điện thay đổi Độ lớn lực điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với độ thay đổi từ thông qua vòng mạch điện Từ khái niệm từ thông, phát biểu định luật Faraday cách định lượng: “Suất điện động cảm ứng trị số, trái dấu với tốc độ biến thiên từ thông gởi qua vòng dây đó” ε=- dΦ dt Trong hệ SI, s.đ.đ có đơn vị V (vôn), tốc độ biến thiên từ thông theo thời gian đo Wb/s Nếu thay đổi từ thông qua cuộn dây có N vòng, mổi vòng xuất suât điện động cảm ứng, suất điện động cảm ứng cộng vào giống pin mắc nối tiếp Nếu cuộn dây quấn chặt, từ thông qua vòng suất điên động cảm ứng cuộn dây ε cu = -N dΦ dt Biểu thức định lượng s.đ.đ cảm ứng trường hợp riêng mạch điện kín tìm dựa sở định luật bảo toàn lượng Xét mạch điện hình, đoạn dây dẫn MN chuyển động tiếp xúc điện với hai ray, đặt từ trường B vuông góc với mặt phẳng mạch Khi từ thông qua mạch kín EFMN biến thiên mạch xuất dòng điện cảm ứng I s.đ.đ Thanh MN chịu tác dụng lực Ampe sau thời gian dt dịch chuyển đoạn dx, công lực Ampe thực sau thời gian dt là: dA = Fadx = IBldx = IBdS = Id Φ Trong đó: Fa : lực Ampe I : dòng điện cảm ứng mạch l : chiều dài từ M đến N ldx : độ biến thiên diện tích dS mạch d Φ : độ biến thiên từ thông qua mạch Nếu điện trở mạch R, theo định luật Jun-Lenx, nhiệt lượng tỏa mạch sau thời gian dt I2Rdt Theo định luật bảo toàn lượng, công toàn phần nguồn có suất điện động dùng để tỏa nhiệt Jun-Lenx để dịch chuyển đoạn MN từ trường: ε Idt = I 2Rdt + I d Φ hay I =  dΦ  ε + ÷  dt  R (*) Công thức (5) định luật Ôhm cho đoạn mạch Trong công thức (*), biểu thức s.đ.đ có thêm biểu thức s.đ.đ cảm ứng ε cu − = dΦ dt (10) 2.2.2 Suất điện động cảm ứng Xét ống MN có chiều dài l chuyển động với vận tốc v từ trường có cảm ứng từ B, electron ống MN chuyển động từ trường chịu tác dụng lực Lorenxơ Giả sử cảm ứng từ ur B có chiều vào hình vẽ, lực Lorenxơ làm electron chuyển động phía M Do đó, đầu N thừa electron, đầu M thiếu electron Trong đoạn MN xuất điện trường ur E hướng từ N đến M, ur E gọi Trong vấn đề sử dụng điện người ta cần dùng điện áp tương đối thấp (trong sinh hoạt, sản xuất,…) Nhưng truyền tải điện từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ phải cho tổn hao lượng nhiệt dây tải nhỏ tốt Gọi P = UI công suất điện cần truyền tải Công suất hao phí P2 ∆P = I r = r U đường dây tải điện Để giảm công suất hao phí ta phải tăng U giảm r cách tăng U đơn giản Vì truyền tải điện xa người ta tăng điện áp cực máy phát điện lên máy tăng áp truyền truyền đường dây, đến nơi tiêu thụ người ta hạ điện áp xuống nhờ máy hạ áp Từ yêu cầu cần phải dùng thiết bị mà có tác dụng nâng điện truyền tải hạ điện sử dụng Thiết bị cho phép làm công việc dòng điện xoay chiều máy biến 2.4.1.1 Cấu tạo Máy biến lý tưởng gồm hai cuộn dây có số vòng dây khác quấn lõi làm thép kỹ thuật gồm nhiều thép mỏng xếp cách điện với Một cuộn dây máy nối với mạch điện xoay chiều gọi cuộn sơ cấp gồm N2 N1 vòng dây Cuộn dây thứ hai nối với tải tiêu thụ gọi cuộn thứ cấp gồm vòng dây Các cuộn dây cách điện với lõi 2.4.1.2 Nguyên tắc hoạt động Máy biến hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ Khi mắc cuộn sơ cấp vào mạng điện xoay chiều dòng điện xoay chiều cuộn sơ cấp gây từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp làm xuất cuộn thứ cấp suất điện động xoay chiều Nếu mạch thứ cấp kín có dòng điện xoay chiều chạy cuộn thứ cấp + Sự biến đổi điện áp Giả sử cuộn sơ cấp có N1 vòng, cuộn thứ cấp có N2 vòng Khi mắc cuộn sơ cấp máy biến vào dòng điện xoay chiều từ trường tức thời tiết diện lõi sắt có giá trị Từ trường biến thiên gây cuộn dây suất điện động cảm ứng có giá trị tức thời là: e1 = − N1 Cuộn sơ cấp: dφ dt e2 = − N Cuộn thứ cấp: dφ dt Nên e1 N1 E N = ⇒ = e2 N E2 N Nếu bỏ qua điện trở dây quấn Nếu Nếu N > N1 N < N1 thì U > U1 U < U1 U1 N1 = U2 N2 : Máy tăng áp : Máy hạ áp +Sự biến đổi cường độ dòng điện Nếu hao phí điện máy biến áp không đáng kể công suất mạch sơ cấp thứ cấp nhau.Lúc đó: U1I1 = U I ⇒ U1 N1 I = = U N I1 2.4.1.3 Lưu ý sử dụng máy biến Nhiều hộ gia đình nông thôn, miền núi sử dụng máy biến để làm tăng, giảm điện nguồn điện không ổn định, làm tăng tuổi thọ cho đồ dùng điện gia đình Tuy nhiên, sau thời gian sử dụng, máy biến thường bị nóng có tiếng kêu, kiểm tra tự khắc phục theo cách: - Khi máy bị nóng quá, cần kiểm tra xem máy có bị tải không Nếu đồ dùng điện: ti vi, máy bơm, đèn điện,… đấu vào máy biến có công suất lớn, cần phải cắt giảm bớt số đồ dùng điện - Khi máy phát tiếng kêu, phải kiểm tra kỹ phận máy biến Cần vặn chặt bu lông, ốc vít, lõi thép bị lỏng tạo tiếng kêu máy Xem xét kỹ đầu dây dẫn, cực ra, không bị chạm vào lớp cách điện bị rách, bị nhiễm bẩn Máy cần để nơi thoáng mát, phải ngắt điện để máy nghỉ phát máy nóng Khi dùng máy biến đổi điện (đổi điện 220 V thành 110 V ngược lại) để đưa vào đài máy thu vô tuyến: Nên mua loại máy biến có dây sơ cấp thứ cấp cách điện với nhau, không nên mua loại máy biến chế tạo theo kiểu tự ngẫu (dây sơ cấp thứ cấp không cách điện với nhau) trường hợp có đóng cắt đột ngột đồ dùng điện, phía thứ cấp máy biến tự ngẫu làm ảnh hưởng đến chất lượng đồ dùng Những có tăng giảm điện đột ngột, máy thu vô tuyến đài thường phát tiếng kêu lạ, tiếng nói hình ảnh không rõ Để tránh tình trạng mua máy biến thế, nên chọn loại có vỏ máy làm tôn dày khoảng - 2mm, kiểu bọc kín thép, việc khử tạp âm tốt 2.4.2 Máy phát điện xoay chiều pha Máy phát điện xoay chiều pha gọi máy dao điện pha, dòng điện mà phát gọi dòng điện xoay chiều pha 2.4.2.1 Nguyên tắc hoạt động Máy phát điện xoay chiều kiểu cảmứng hoạt động nhờ tượng cảm ứng điện từ Suất điện động khung dây nhỏ, để có suất điện động đủ lớn dùng công nghiệp đời sống, người ta bố trí máy phát điện nhiều cuộn dây dẫn, cuộn gồm nhiều vòng dây nhiều nam châm điện tạo thành nhiều cặp cực bắc nam khác 2.4.2.2 Cấu tạo máy phát điện xoay chiều Các cuộn dây máy phát điện mắc nối tiếp nhau, hai đầu dây nối với mạch tiêu thụ cấu riêng gọi góp Bộ góp bao gồm hệ thống vành khuyên chổi quét Hai vành khuyên đặt đồng trục với khung dây quay với khung dây Nối đầu đầu dây A với vành khuyên dây B với vành khuyên Hai chổi quét a b cố định tì lên hai vành khuyên nối với mạch Trong máy phát điện, phần tạo từ trường gọi phần cảm, phần tạo dòng điện gọi phần ứng Các máy phát điện nhỏ xe đạp dùng nam châm vĩnh cửu làm phần cảm, đa số người ta dùng nam châm điện để tạo từ trường mạnh Các cuộn dây phần cảm phần ứng quấn lõi thép kĩ thuật điện (thép silic tôn silic) để tăng từ thông qua cuộn dây Để tránh dòng điện phucô, lõi thép ghép nhiều thép mỏng cách điện với Phần cảm phần ứng phận đứng yên chuyển động máy Bộ phận đứng yên gọi stato, phận chuyển động gọi roto Dòng điện xoay chiều mà sử dụng có tần số 50Hz, máy phát có cuộn dây nam châm (một cặp cực bắc nam) rôto phải quay với vận tốc góc 50 vòng/giây Để giảm số vòng quay người ta tăng số cuộn dây số cặp cực lên (số cuộn dây số cặp cực) Nếu máy có p cặp cực quay với tần f = số góc n vòng/phút tần số dòng điện phát n p 60 Lưu ý: máy phát điện chiều có cấu tạo nguyên tắc hoạt động giống máy phát điện xoay chiều pha, hai vành khuyên thay hai vành bán khuyên.;; 2.4.3 Máy phát điện xoay chiều ba pha Dòng điện xoay chiều ba pha hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều có biên độ, tần số, lệch pha góc 2π hay 120o, tức lệch 1/3 chu kì i1 = Io sinωt 2π   i = Iosinωt  ÷   2π   i = Iosinωt  + ÷   Dòng điện xoay chiều ba pha máy phát điện xoay chiều ba pha tạo 2.4.3.1 Cấu tạo Máy phát điện xoay chiều ba pha gồm rôto 2n cực, stato gồm phần đặt lệch nhau, phần gồm cuộn dây máy phát điện xoay chiều pha 2.4.3.2 Nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều ba pha Khi rôto quay, ba phần stato xuất suất điện động có biên độ tần số lệch pha 120 o Từ thông qua cuộn dây lệch 1/3 chu kì thời gian (120 o) Nếu nối đầu dây ba cuộn dây với ba mạch giống ba dòng điện mạch lệch pha 120o i1 = Io sinωt 2π   i = Iosinωt  ÷   2π   i = Iosinωt  + ÷   Nếu đưa pha dòng điện mạch riêng lẻ công dụng máy phát ba pha giống máy phát pha, máy phát ba pha phát huy ưu điểm sử dụng đồng thời ba pha III DÒNG ĐIỆN FUCÔ 3.1 Dòng điện Phucô (Foucault) Dòng điện Phucô dòng điện cảm ứng sinh khối vật dẫn chuyển động từ trường đặt từ trường biến thiên theo thời gian Dòng điện Phucô dòng điện xoáy Như dòng điện Phucô dòng điện cảm ứng, theo định luật Len-xơ, tạo từ trường nhằm chống lại biến thiên từ thông gây Vì khối vật dẫn có điện trở R nhỏ nên cường độ dòng Phucô vật dẫn thường lớn Mặt khác, suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên từ thông, nên vật dẫn chuyển động nhanh từ trường biến đổi nhanh cường độ dòng Phucô mạnh Với đặc điểm dòng Phucô có tác hại lợi ích định kĩ thuật: + Tác hại: Nhiều thiết bị điện có cấu tạo dạng lõi sắt đặt ống dây có dòng điện xoay chiếu chạy qua máy biến thế, động điện, máy phát điện…Các lõi sắt có tác dụng tăng cường từ trường Do nằm từ trường biến đổi nên lõi sắt xuất dòng điện Phucô, trường hợp này, dòng Phucô có hại nhiệt tỏa dòng Phucô làm cho lõi sắt bị nóng làm hỏng máy hao phí lượng dòng Phucô có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh nên trường hợp động điện chống lại quay động làm giảm công suất động Để giảm tác hại dòng Phucô, thay dùng khối sắt lớn làm lõi người ta dùng nhiều sắt mỏng sơn cách điện ghép lại với nhau, sắt song song với cảm ứng từ từ trường Mục đích việc làm làm tăng điện trở lõi sắt, sắt có kích thước nhỏ nên có điện trở lớn Do cường độ dòng Phucô sắt giảm đáng kể so với dòng Phucô khối sắt lớn Vì vậy, làm giảm lượng điện hao phí Trong kĩ thuật, để chế tạo máy biến người ta sử dụng sắt Ferit có điện trở suất cao để làm lõi 3.2 Một vài ứng dụng dòng Phucô - Phanh điện từ: Do tác dụng dòng Phucô, khối kim loại chuyển động từ trường chịu tác dụng lực hãm điện từ (theo định luật Len-xơ) Lợi dụng tính chất người ta ứng dụng làm phanh cho xe tải, tàu hỏa cao tốc, xe đạp Nguyên tắc ứng dụng sau: bánh xe gắn đĩa kim loại, cần giảm tốc độ người ta cho dòng điện mạnh vào cuộn dây nam châm điện để tạo nên từ trường mạnh tác dụng lên bánh xe chuyển động, dòng điện Phucô xuất có tác dụng chống lại chuyển động bánh xe hãm bánh xe lại Phương pháp có lợi phanh không bị hao mòn phanh ma sát -Đồng hồ đo điện: Dòng Phucô dùng để làm tắt nhanh dao động kim đồng hồ số loại đồng hồ đo điện Người ta gắn vào kim đĩa kim loại đặt lòng nam châm vĩnh cửu hình chữ U hình Khi kim dao động đĩa kim loại dao động theo, từ thông qua đĩa biến thiên làm xuất đĩa dòng điện Phucô có tác dụng chống lại dao động đĩa kim loại Kết kim đồng hồ dừng lại nhanh chóng Tương tự vậy, để làm tắt nhanh dao động kim la bàn người ta làm vỏ la bàn kim loại, kim la bàn dao động, dòng điện Phucô xuất vỏ kim loại làm tắt nhanh dao động kim -Luyện kim: Dòng điện có tác dụng nhiệt nên dùng để nấu chảy kim loại, đặc biệt nấu chảy kim loại chân không để tránh tác dụng ôxi hóa không khí Người ta đặt kim loại vào lò, hút hết không khí Xung quanh lò quấn dây điện Một dòng điện xoay chiều có tần số cao chạy qua dây điện làm xuất lò dòng Phucô mạnh, dòng điện làm lò tỏa nhiệt lượng lớn đủ để nấu nóng chảy kim loại -Bếp từ: Là loại bếp dùng nội trợ ứng dụng tác dụng nhiệt dòng Phucô Trên mặt bếp, người ta tạo từ trường biến đổi làm xuất dòng Phucô nồi nấu kim loại, dòng điện làm đáy nồi tỏa nhiệt lượng nấu chín thức ăn IV HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM 4.1 Khái niệm tụ điện cuộn cảm Tụ điên kết cấu mà ta dùng cách thuận tiện để tạo điên trường biết trước khoảng không gian cho Ta thường lấy kết cấu có hai song song làm mẫu thuận tiện tụ điện Cuộn cảm kết cấu mà ta sử dụng cách thuận tiện để tạo từ trường biết miền xác định Ta thường lấy ống dây điện dài làm mẫu thuận tiện cuộn cảm Cuộn cảm từ trường tụ điện điện trường 4.2 Định nghĩa độ tự cảm Nếu cho dòng điện I qua vòng dây cuộn cảm xuất từ thông φ dòng điện sinh qua vòng dây, vòng dây liên kết với thông qua từ thông mà chúng đóng góp Độ tự cảm cuộn cảm L=N Trong N số vòng dây, Nφ φ I gọi từ thông liên kết Trong hệ đơn vị SI, từ thông đo đơn vị vêbe (Wb), cường độ dòng điện đo đơn vị ampe (A), độ tự cảm đo đơn vị Henry (H) 4.3 Hiện tượng tự cảm suất điện động tự cảm Ở thí nghiệm Faraday, dòng cảm ứng xuất cuộn dây có từ thông biến thiên qua diện tích cuộn dây, từ thông từ trường bên tạo nên Bây giờ, ta không xét đến từ trường bên ngoài, ta thay đổi cường độ dòng điện cuộn dây, từ thông qua diện tích cuộn dây biến thiên làm xuất dòng điện cảm ứng Dòng điện cảm ứng gọi dòng điện tự cảm Hiện tượng gọi tượng tự cảm Suất điện động xuất cuộn dây tạo nên dòng điện tự cảm gọi suất điện động tự cảm Như vậy, định nghĩa sau: “Sự xuất suất điện động cảm ứng mạch biến thiên từ thông gây dòng điện mạch gọi tượng tự cảm Và dòng điện sinh tượng tự cảm gọi dòng điện tự cảm” Hiện tượng tự cảm xuất mạch điện có dòng chiều chạy qua ta đóng, ngắt mạch điện, mạch điện xoay chiều tượng tự cảm luôn xảy Từ thông riêng mạch dòng điện cuộn dây tạo Từ thông φ tỉ lệ với cảm ứng từ ur B dòng điện mạch sinh ra, mà cảm ứng từ lệ thuận với cường độ dòng điện mạch Do đó, từ thông đặt: φ = LI φ ur B lại tỉ tỉ lệ với dòng điện I, Trong L hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào hình dạng, kích thước mạch điện phụ thuộc vào môi trường vật chất mà ta đặt mạch điện vào Được gọi hệ số tự cảm hay độ tự cảm Theo định luật Faraday, biểu thức suất điện động tự cảm là: ε tc = − dφ dI = −L dt dt Công thức chứng tỏ mạch điện đứng yên không thay đổi hình dạng, suất điện động tự cảm tỉ lệ trái dấu với tốc độ biến thiên cường độ dòng điện mạch Sự trái dấu suất điện động tự cảm chứng tỏ suất điện động tự cảm có tác dụng chống lại biến thiên cường độ dòng điện mạch KẾT LUẬN Trong trình hoàn chỉnh tiểu luận này, hiểu sâu sắc kiến thức phần Cảm ứng điện từ Điều tạo điều kiện cho phân tích cách trình bày kiến thức tác giả SGK tiểu luận sau Học phần giúp rèn luyện phương pháp nghiên cứu tài liệu, đặc biệt cách nghiên cứu phân tích cách trình bày kiến thức SGK Điều cần thiết công tác nghiên cứu khoa học giảng dạy thân sau Qua theo dõi báo cáo học viên lớp, hiểu sâu sắc kiến thức chương trình vật lý phổ thông Trong buổi học, trao đổi với học viên giáo viên giảng dạy vấn đề quan tâm thắc mắc, bổ sung cho thiếu sót mặt kiến thức Mặc dù thân có nhiều cố gắng nhận ý kiến đóng góp anh chị em học viên, bảo giáo viên giảng dạy song với thời gian có hạn lực thân hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Vì mong tiếp tục nhận góp ý chân thành anh chị học viên quý thầy để hoàn chỉnh tiểu luận TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Trọng Bái – Vũ Thanh Khiết (1999), Từ điển Vật lí phổ thông, NXB Giáo dục Vũ Thanh Khiết – Nguyễn Thế Khôi – Vũ Ngọc Hồng (1977), Giáo trình Điện đại cương tập 3, NXB Giáo dục Dương Trọng Bái – Nguyễn Thượng Chung- Đào Văn Phúc – Vũ Quang (1995), Vật lí 12, NXB Giáo dục David Halliday – Robert Resnick –Jearl Walker (1999), Cơ sở Vật lí tập 5, NXB Giáo dục, Bản dịch Đàm Trung Đồn – Lê Khắc Bình – Đào Kim Ngọc [...]... trường được gọi là phần cảm, phần tạo ra dòng điện gọi là phần ứng Các máy phát điện nhỏ như trong xe đạp thì dùng nam châm vĩnh cửu làm phần cảm, nhưng đa số là người ta dùng nam châm điện để tạo ra từ trường mạnh Các cuộn dây của phần cảm và phần ứng đều được quấn trên các lõi thép kĩ thuật điện (thép silic hoặc tôn silic) để tăng từ thông qua các cuộn dây Để tránh dòng điện phucô, các lõi thép được... dòng điện cảm ứng Dòng điện cảm ứng này gọi là dòng điện tự cảm Hiện tượng trên được gọi là hiện tượng tự cảm Suất điện động xuất hiện trong cuộn dây tạo nên dòng điện tự cảm gọi là suất điện động tự cảm Như vậy, có thể định nghĩa như sau: “Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch do sự biến thiên của từ thông gây bởi dòng điện ở chính trong mạch đó được gọi là hiện tượng tự cảm Và dòng điện. .. cảm gọi là dòng điện tự cảm Hiện tượng tự cảm xuất hiện trong các mạch điện có dòng một chiều chạy qua hoặc khi ta đóng, ngắt mạch điện, trong mạch điện xoay chiều hiện tượng tự cảm luôn luôn xảy ra Từ thông riêng của mạch do chính dòng điện trong cuộn dây đó tạo ra Từ thông φ tỉ lệ với cảm ứng từ ur B do dòng điện trong mạch sinh ra, mà cảm ứng từ lệ thuận với cường độ dòng điện của mạch Do đó, từ. .. độ dòng điện trong mạch Sự trái dấu giữa suất điện động tự cảm và đó chứng tỏ suất điện động tự cảm bao giờ cũng có tác dụng chống lại sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch đó KẾT LUẬN Trong quá trình hoàn chỉnh tiểu luận này, tôi hiểu sâu sắc các kiến thức phần Cảm ứng điện từ Điều này tạo điều kiện cho tôi phân tích cách trình bày kiến thức của tác giả SGK ở tiểu luận sau Học phần này... phương pháp nghiên cứu tài liệu, đặc biệt là cách nghiên cứu và phân tích cách trình bày kiến thức trong SGK Điều đó là rất cần thiết trong công tác nghiên cứu khoa học và giảng dạy của bản thân sau này Qua theo dõi các báo cáo của các học viên trong lớp, tôi đã hiểu sâu sắc hơn các kiến thức ở chương trình vật lý phổ thông Trong các buổi học, tôi được trao đổi với các học viên giáo viên giảng dạy các vấn... ba pha III DÒNG ĐIỆN FUCÔ 3.1 Dòng điện Phucô (Foucault) Dòng điện Phucô là dòng điện cảm ứng sinh ra trong khối vật dẫn khi nó chuyển động trong từ trường hoặc khi đặt nó trong từ trường biến thiên theo thời gian Dòng điện Phucô là một dòng điện xoáy Như vậy dòng điện Phucô cũng là dòng điện cảm ứng, theo định luật Len-xơ, nó cũng tạo ra một từ trường nhằm chống lại sự biến thiên từ thông đã gây... lệ với dòng điện I, do Trong đó L là hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của mạch điện và phụ thuộc vào môi trường vật chất mà ta đặt mạch điện vào Được gọi là hệ số tự cảm hay độ tự cảm Theo định luật Faraday, biểu thức của suất điện động tự cảm là: ε tc = − dφ dI = −L dt dt Công thức này chứng tỏ trong một mạch điện ứng yên và không thay đổi về hình dạng, suất điện động tự cảm luôn tỉ... cũng như là tụ điện đối với điện trường 4.2 Định nghĩa độ tự cảm Nếu cho dòng điện I đi qua các vòng dây của cuộn cảm thì sẽ xuất hiện một từ thông φ do dòng điện ấy sinh ra qua các vòng dây, các vòng dây được liên kết với nhau thông qua từ thông mà chúng đóng góp đó Độ tự cảm của cuộn cảm là L=N Trong đó N là số vòng dây, Nφ φ I gọi là từ thông liên kết Trong hệ đơn vị SI, từ thông được đo bằng đơn... dòng điện được đo bằng đơn vị ampe (A), độ tự cảm được đo bằng đơn vị là Henry (H) 4.3 Hiện tượng tự cảm và suất điện động tự cảm Ở các thí nghiệm của Faraday, dòng cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây khi có từ thông biến thiên qua diện tích của cuộn dây, từ thông này là do từ trường bên ngoài tạo nên Bây giờ, ta không xét đến từ trường bên ngoài, nếu ta thay đổi cường độ dòng điện trong chính cuộn dây, từ. .. phát điện xoay chiều kiểu cảm ng hoạt động nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ Suất điện động trong một khung dây là rất nhỏ, để có một suất điện động đủ lớn dùng được trong công nghiệp và trong đời sống, người ta bố trí trong máy phát điện nhiều cuộn dây dẫn, mỗi cuộn gồm nhiều vòng dây và nhiều nam châm điện tạo thành nhiều cặp cực bắc nam khác nhau 2.4.2.2 Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều Các cuộn ...CHƯƠNG V: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ NỘI DUNG CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN + Từ thông + Hiện tượng cảm ứng điện từ: Chiều dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng, nang lượng từ trường + Dòng điện Fu-cô + Hiện... đường cảm ứng từ “Đường cảm ứng từ đường cong vạch từ trường cho tiếp tuyến điểm trùng với phương vectơ cảm ứng từ điểm ấy, chiều đường cảm ứng từ chiều vectơ cảm ứng từ Đường cảm ứng từ có... máy phát điện, phần tạo từ trường gọi phần cảm, phần tạo dòng điện gọi phần ứng Các máy phát điện nhỏ xe đạp dùng nam châm vĩnh cửu làm phần cảm, đa số người ta dùng nam châm điện để tạo từ trường