Bài giảng vật lý đại cương 2

Bài giảng vật lý đại cương: Hiện tượng cảm ứng điện từ

Bμi giảng Vật lý đại cương

Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn

Viện Vật lý kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa Hμ nội

Ch−¬ng 5 HiÖn t−îng c¶m øng ®iÖn tõ

1831 Faraday: Từ thông qua mạch thay đổi -> xuất hiện dòng cảm ứng trong mạch

1 Các định luật về hiện t−ợng cảm ứng điện

từ 1.1.Thí nghiệm Faraday:

B N

• Đ−a nam châm lại

gần hơn hoặc xa hơn

đều xuất hiện dòng cảm ứng.

• Chiều của dòng 2 lần ng−ợc nhau.

• Nam châm dừng lại dòng cảm ứng =0.

B N

1.2 Định luật Lenx

Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó

Quán tính của mạch điện

1.3 Định luật cơ bản của hiện tượng cảm

ứng điện từ: dt -> dΦm ->IC

n r

Công của từ lực tác

dụng lên dòng cảm ứng:

dA=ICdΦm lμ Công cản

Φm

Công để dịch chuyển vòng dây:

dA’=-dA=-ICdΦm

Năng l−ợng của dòng cảm ứng: dW=εCIC.dt -> εCIC.dt = -ICdΦm

dt

d m

C

Φ

−

= ε

SĐĐ cảm ứng luôn bằng về gía trị nh−ng

ng−ợc dấu với tốc độ biến thiên của từ

thông gửi qua mạch

Dấu - lμ mặt toán học của ĐL Lenx

Φm->0 trong Δt -> Φm= εC Δt

Φm= 1V.1s=1Wb (vêbe)

Vêbe lμ từ thông gây ra trong vòng dây dẫn bao quanh nó một SĐĐCƯ 1V khi từ

thông đó giảm đều ->0 trong 1 giây

1.3 Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều

B

N

n r

B r

t + α ω

=

ϕ góc giữa nr & Br

) α + ω

=

Φ m NBS cos( t

) α + ω

ω

=

Φ

−

=

dt

d m

C

ω

=

εmax NBS εC = εmax sin( ω t + α )

N lμ số vòng của khung dây

1.4 Dßng Fuc«

• Dßng xo¸y do tõ th«ng cña ®iÖn tr−êng xoay chiÒu

• T¸c h¹i: nãng m¸y, tiªu tèn n¨ng l−îng

IF=εC/R ->T¨ng R (l¸ máng)->gi¶m I

•Lîi: NÊu KL, H·m ®iÖn kÕ, lß vi sãng

2 Hiện tượng tự cảm

2.1 Thí nghiệm

12V N

R

K

12V

N

L

K

N chỉ phát sáng ở U≥70V

Mạch I : Đèn Đ sáng, tối bình thường khi bật, tắt K

Mạch II : Đóng K đèn Đ sáng

từ từ, ngắt K -> N vụt sáng

Mạch I

Mạch II

Giải thích : Bật K, I↑

=> Φm qua L ↑,

=> dòng tự cảm trong mạch chống lại việc I↑

=> cuộn L tích năng lượng từ

Đ

Đ

Ngắt K, I↓, => Φm qua L ↓

=> Suất điện động tự cảm εtc > 70 V xuất hiện trong cuộn dây lμm đèn N vụt sáng.

=> dòng tự cảm trong mạch chống lại việc I↓

=> cuộn L giải phóng năng l−ợng từ

2.2 Suất điện động tự cảm

Từ thông Φm do chính cuộn L gây ra gửi

qua cuộn dây của L

dt

d m

tC

Φ

−

=

ε Φm ~ I Φm=LI L hệ số tự cảm

dt

dI L

tC = −

ε

Trong mạch điện đứng yên & không thay

đổi hình dạng SĐĐ tự cảm tỷ lệ nh−ng trái dấu với tốc độ biến thiên dòng điện trong

mạch

Hệ số tự cảm

I

L = Φm

I=1 ->L=Φm

Hệ số tự cảm của một mạch lμ đại lượng VL có giá trị bằng từ thông do chính nó gửi qua diện tích của nó khi cường độ dòng trong mạch bằng 1đv εtc~L -> L lμ số đo mức độ quán tính của

mạch điện

A 1

Wb

1 H

1 =

Henry lμ hệ số tự cảm của một mạch điện kín khi có dòng 1A chạy qua thì sinh ra trong

chân không một từ thông 1Wb gửi qua diện

tích của mạch đó

HÖ sè tù c¶m cña mét èng d©y: n, ,S

I

n I

n

l

μ μ

= μ

μ

=

SI

n BnS

2 0

m

l

μ μ

=

= Φ

S

n I

L

2

0

m

l

μ μ

=

Φ

=

1H =103mH= 106μH

ch¹y trªn bÒ mÆt cña d©y dÉn

S

n

l

l

t

Trong 1/4 chu k× ®Çu dßng I t¨ng , tõ th«ng qua d©y dÉn t¨ng -> sinh dßng itc cã chiÒu sao cho tõ tr−êng cña nã chèng l¹i -> BÒ mÆt dßng t¨ng , trong Lâi dßng gi¶m

B r

B r

I

↑

B r

Trong 1/4 chu k× tiÕp I gi¶m , tõ th«ng qua d©y

gi¶m -> sinh dßng itc cã chiÒu sao cho tõ tr−êng cña nã chèng l¹i sù gi¶m cña tõ th«ng dßng mÆt gi¶m m¹nh , I lâi gi¶m yÕu h¬n

-> BÒ mÆt dßng gi¶m m¹nh h¬n , Lâi

gi¶m chËm h¬n

Dßng bÒ mÆt ®−îc t¨ng c−êng, dßng lâi

suy gi¶m: tÇn sè 105Hz chØ cßn dßng mÆt (líp s©u 2mm)

øng dông: T«i bÒ mÆt, èng

dÉn sãng, d©y nhiÒu sîi

U~

4 N¨ng l−îng tõ tr−êng

L

K

I

I

§ãng K n¹p Wm

Ng¾t K gi¶i phãng Wm

Ri

tc = ε

+

ε

Ri dt

di

−

ε

ε

dt Ri

idt dt

di L

ε

dW=dWm+dWnhުt

Lidi

i

εtc

2 I

0

2

1 Lidi

Mật độ năng lượng từ trường: Xét năng

lượng của ống dây

V

LI 2

1

V

W

2

m

ϖ

I

n

l

μμ

0 0

2

2

1 BH

2

1

B 2

1 = = μ μ

μ μ

= ϖ

∫

∫ ϖ =

=

V V

m

2

1 dV

W

S

I )

S

n (

2

0

l l

μμ

2

2

2

1

l μμ

=