Bài giảng: Cảm ứng điện từ

CHƯƠNG X HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ I.Cảm ứng điện từ: Hiện tượng cảm ứng ĐT: Khi từ thông gửi qua mạch kín thay đổi mạch xuất dòng điện Dòng điện gọi dòng điện cảm ứng Và tượng gọi tượng cảm ứng điện từ Định luật Faraday: Suất điện động cảm ứng luôn trị số, trái dấu với tốc độ biến thiên từ thông gửi qua diện tích mạch điện d   dt Định luật Lenz: Dòng điện cảm ứng phải có chiều cho từ trường sinh chống lại nguyên nhân sinh Suất điện cảm ứng xuất dẫn chuyển động từ trường d   dt d từ thông gửi qua diện tích quét thời gian dt Suất điện động cảm ứng dẫn chuyển động từ trường B Lực tác dụng lên điện tích q    dẫn với vận tốc v từ trường B: FL v _ + FL  q v  B Nhờ có lực hạt mang điện tự dẫn (với dẫn kim loại có electron dịch chuyển), hai đầu xuất điện tích trái dấu, hai đầu có hiệu điện ● Nếu mạch kín có chuyển động điện tích mạch tạo nên dòng điện, nghĩa mạch xuất s.đ.đ Sự xuất hiệu điện hai đầu dẫn (mạch hở) xuất s.đ.đ mạch kín chứng tỏ bên dẫn có tồn trường lực lạ ; trường hợp chất lực tác dụng trường lạ lực từ, vecơ cường độ điện trường lạ là: FL E*  v B q Suất điện động cảm ứng xuất dẫn:    E *.ds   (v  B ) ds (s) (s) Ví dụ: Xét mạch điện hình chữ B nhật abcd, có cạnh lưu động n d c ad chuyển động với vận tốc v v s hình vẽ Ta quy ước chọn E*  v B b a chiều quay ngược chiều kim đồng hồ làm chiều dương mạch điện Từ trường vuông góc với mặt phẳng mạch điện chiều với pháp tuyến dương n mạch điện Theo công thức ta có đoạn ab, bc, cd v  B  v  Trên đoạn ad, vectơ nằm dọc theo đoạn mạch ngược chiều tính lưu số, ta có: dx BdS d   vBs   Bs    dt dt dt dx độ dịch chuyển đoạn ad thời gian dt dФ từ thông gửi qua diện tích dS = sdx mà đoạn ad quét khoảng thời gian dt II Hiện tượng tự cảm: Hiện tượng tự cảm: Khi biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn mạch biến đổi dòng điện chạy mạch biến đổi với thời gian gây ra; mạch kín ta xét xuất dòng điện cảm ứng gọi dòng điện tự cảm tượng gọi tượng tự cảm Hệ số tự cảm: d Theo định luật Faraday:  tc   dt Фm từ thông dòng điện mạch gửi qua diện tích mạch Vì từ thông gửi qua mạch kín tỉ lệ với B, mà B tỉ lệ với I nên m tỉ lệ với I đó: m  LI L hệ số tỉ lệ gọi hệ số tự cảm mạch Do đó: d ( LI ) tc   dt Nếu mạch kín không biến dạng độ từ thẩm môi trường không thay đổi L = const nên: dI tc   L dt III Năng lượng từ trường: Năng lượng từ trường ống dây có dòng điện i o o K E Tại thời điểm t = , đóng khoá K, mạch xuất dòng điện i tăng từ đến giá trị ổn định E , R điện trở toàn mạch, I R ống dây xuất suất điện động tự cảm d Cường độ dòng điện qua cuộn dây trường hợp (2) 12A Do tác động từ trường cạnh cuộn dây chịu lực đẩy F hướng phía cuộn dây Lực F bao nhiêu? A 52,5N B 61,5N C 75,5N D 89N F  NBIL  5.3,5.12.0, 25  52,5 N • Một vòng dây hình tam giác, có chứa điện trở, kéo với vận tốc không đổi 2m/s dọc theo trục x, từ vùng từ trường vào vùng có từ trường vuông góc với vòng dây.Vẽ đường biểu diễn phụ thuộc vào thời gian dòng điện qua điện trở Giả sử lúc t = vòng dây bắt đầu vào vùng có từ trường 2m/s 45o 45o 1m                                                                                 Diện tích vòng dây nằm vùng có từ trường thời điểm t: 1 22 S  (vt )  v t 2 Từ thông qua diện tích thời điểm t  22   BS  BS  Bv t 2  d Bv t Bt    Bv t ; i    dt R R R I 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Sau thời điểm t = 1/2 = 0,5s vòng dây nằm hoàn toàn vùng TT nên   const     i  t Một dòng điện thẳng dài vô hạn có cường độ I Tại khoảng cách a b có đặt song song với hai sợi dây trần mà đầu gắn với điện trở R Một 3-4 với vận tốc v tựa hai dây Hãy xác định: a) Cường độ chiều dòng điện chu vi 1-2-34 b) Lực F cần thiết để giữ cho vận tốc 3-4 không đổi khoảng cách r từ dòng điện I đến điểm cần đặt lực F để chuyển động tịnh tiến c) Côn suất tiêu tốn dịch chuyển a) v i R b I a Sđđ cảm ứng xuất 3-4 0 Iv b   ln 2 a C Đ dòng điện chạy chu vi 1-2-3-4  0 Iv b i  ln R 2 R a • Khi dịch chuyển từ thông gửi qua chu vi 12-3-4 tăng nên theo định luật Lenz từ trường B’ dòng điện cảm ứng i gây ngược chiều với B dòng điện I gây Vậy dòng điện i có chiều ngược chiều kim đồng hồ b) Để 3-4 chuyển động tịnh tiến với vận tốc không đổi lực F từ lực Fm tác dụng lên phải có độ lớn ngược chiều điểm đặt chúng phải trùng Chia 3-4 làm phần tử vi cấp dx cách dòng điện I đoạn x Từ lực tác dụng lên phần tử là: 0 I dFm  idx.B  i dx 2 x   Fm   d Fm  Fm   dFm b 0 I dx 0 I b i  i ln  2 a x 2 a  0 I b  v  F  Fm   ln  a R  2 • Gọi r khoảng cách từ dòng điện I đến điểm cần đặt lực F Ta có: M F  M Fm M F  r.F b M Fm   dM Fm 0 I   x.dFm  i dx  2 a 0 I i (b  a) 2 0 I b 0 I ba  ri ln  i (b  a)  r  2 a 2 ln b / a c) Công suất tiêu tán  0 I b  P  Ri  R  ln   2 a  2 • Một kim loại mảnh, chiều dài l = 1,2m quay quanh trục vuông góc với thanh, qua cách xa hai đầu đoạn l1 = 25cm với vận tốc n = 120 vòng/phút Thanh quay từ trường với vecto cảm ứng từ B song song với trục quay có độ lớn B = 10-3 T Tìm hiệu điện sinh hai đầu M l1 O B l2 X N • Sđđ cảm ứng xuất đoạn OM ON d1 d2 1  ; 2  dt dt 2 d1  B.dS1  B l1 dt  1  B l1 2 2 d2  B.dS1  B l2 dt    B l2 2 • Áp dụng qui tắc bàn tay trái ta thấy đoạn OM đầu M tích điện âm, đầu O tích điện dương Trên đoạn ON đầu N tích điện âm, đầu O tích điện dương M O N • Vậy hiệu điện UMN là: U MN 2   1    B (l2  l1 )  5,3 mV • Một dây thẳng có điện trở R1 ứng với đơn vị chiều dài Dây gấp lại thành hai cạnh góc 2α Một chắn AB dây dẫn đặt vuông góc với đường phân giác góc 2α tạo với dây dẫn gấp khúc thành chu vi tam giác kín Chu vi đặt từ trường B vuông góc với mặt khung chu vi Tìm chiều cường độ dòng điện qua chu vi chắn chuyển động với vận tốc v không đổi • Từ thông gửi qua diện tích quét AB thời gian dt d  B AB.vdt • Sđđ cảm ứng xuất AB d    B AB.v dt • Cường độ dòng điện chạy chu vi OAB  i ; R   sin   R  R1 (OA  AB  OB)  R1 AB    sin   Bv sin  i R1 (1  sin  ) • Dòng điện I có chiều ngược chiều kim đồng hồ A v B O B [...]... phương vuông góc với dòng điện và đi ra xa dòng điện Xác định chiều và cường độ của dòng điện cảm ứng khi cạnh AB cách dòng điện thẳng một đoạn r Khi khung chuyển động thì đầu trên các thanh AB và CD tích điện dương o Ibv o Ibv 1  ; 2  2 r 2 (r  a ) C B b I r A a D Trên các đoạn BC và AD không có sđđ Do đó sđđ cảm ứng xuất hiện trong khung là:  1   2 Vậy dòng điện cảm ứng trong khung chạy... điện thế giữa tâm đĩa và một điểm trên mép đĩa trong hai trường hợp: a) Khi không có từ trường b) Khi đặt đĩa trong từ trường có cảm ứng từ B = 10-2 T và đường sức từ vuông góc với đĩa a) Khi đĩa quay do tác dụng của lực ly tâm, các electron sẽ bị dạt ra mép đĩa, nên mép đĩa tích điện âm, tâm đĩa tích điện dương do đó giữa tâm đĩa và mép đĩa xuất hiện một điện trường hướng từ tâm đĩa về mép đĩa , điện. .. một điện trở chuyển động với vận tốc không đổi v ra khỏi một từ trường đều Bo như hình vẽ Phát biểu nào sau đây là đúng? A Không có dòng điện đi qua điện trở B Có dòng điện đi xuống trong điệntrở C Có dòng điện đi lên trong điện trở X X X X X X X X X X X X V 2.Nếu thay thế điện trở trong câu 1 bằng một đoạn dây nhựa cách điện Phát biểu nào sau đây là đúng? A Không có sđđ trong cuộn dây B Có sức điện. .. a) A D Cách 2: Từ thông gửi qua khung khi cạnh AB cách dòng điện một đoạn r: o Ib  2 r a dx o Ib r  a r x  2 ln r dr dr o Ib v d o Ib dt v dt      dt 2 r  a r 2 r  a r o Ibav  2 r (r  a ) CĐDĐ cảm ứng chạy trong khung o Iabv  i  R 2 R(r  a) Khi khung dịch chuyển ra xa dòng điện thì từ thông gửi qua diện tích khung giảm nên dòng điện cảm ứng phải tạo ra từ trường cùng... Tìm sđđ cảm ứng xuất hiện  ở hai đầu thanh khi: a)Vận tốc v song song với dòng điện, đầu thanh gần dòng điện nhất cách nó một đoạn r  b)Vận tốc v vuông góc với dòng điện, đi ra xa dòng điện, lúc cách dòng điện một khoảng r a) rL   0 I d   B.d S '   B.dS   vdtdx 2 x r 0 Ivdt  2 rL  r dx 0 Ivdt r  L  ln x 2 r d 0 Iv r  L    ln dt 2 r Đầu gần dòng điện I tích điện dương,... vòng dây nhỏ Cảm ứng từ trong lòng solenoid có phương song song với trục ống dây và có giá trị: B  0 n0 I  0 n0 I 0 (1  e  t ) Từ thông gửi qua vòng dây nhỏ   nBS  n0 n0 I 0 (1  e  t ) r 2 d 2  t 3 1,6 t    n0 n0 I 0 r  e  7.10 e (V ) dt 4) Có hai thanh kim loại nằm ngang, song song với nhau cách nhau một khoảng l, được đặt trong từ trường đều có vecto cảm ứng từ vuông góc... chuyển trên B a thanh cuất hiện s đ đ cảm R ứng nên trong mạch kín xuất hiện dòng điện cảm b ứng do đó thanh sẽ chịu tác dụng lực điện từ, theo định luật Lenz, lực này có tác dụng chống lại sự dịch chuyển của thanh Sđđ cảm ứng xuất hiện trên thanh ab   Blv Cường độ dòng điện chạy qua thanh  Blv I  R R Lực điện từ tác dụng vào thanh có độ lớn 2 2 Bl v Fm  BIl  R Theo đl Newton II 2 2 Bl v dv   ma... với điện trở R Đoạn dây dẫn ab khối lượng m có thể trượt không ma sát trên hai thanh và luôn tiếp xúc với hai thanh Hỏi cường độ dòng điện chạy qua điện trở sẽ biến thiên như thế nào nếu đoạn dây ab trượt: a) Với vận tốc đầu v0 b) Không vận tốc đầu, nhưng chịu tác dụng của lực ngoài F không đổi a) Khi thanh dịch chuyển trên B a thanh cuất hiện s đ đ cảm R ứng nên trong mạch kín xuất hiện dòng điện cảm. .. do dòng điện gửi qua khung nên nên dòng điện cảm ứng trong khung chạy theo chiều kim đồng hồ 3) Dòng điện chạy qua một solenoid có cường độ I = I0 (1 – e-αt ) với I0 = 30A, α = 1,6s-1 Số vòng dây trên một đơn vị dài của solenoid là n0 = 400 vòng/m Trong lòng solenoid đặt một vòng dây nhỏ bán kính r = 6cm gồm 250 vòng sao cho mặt phẳng vòng dây vuông góc với trục của solenoid Tính s đ đ cảm ứng trong... luật Ohm cho mạch điện trong quá trình dòng điện đang được thành lập, ta có: E   tc  Ri di di  E  L  Ri  E  Ri  L dt dt 2  Eidt  Ri  Lidi Eidt chính là năng lượng do nguồn điện sinh ra trong khoảng thời gian dt Năng lượng này một phần tỏa thành nhiệt trong mạch Ri2dt, còn một phần được tiềm tàng dưới dạng năng lượng từ trường: dWm  Lidi Vậy trong cả quá trình thành lập dòng điện, phần năng ...I .Cảm ứng điện từ: Hiện tượng cảm ứng ĐT: Khi từ thông gửi qua mạch kín thay đổi mạch xuất dòng điện Dòng điện gọi dòng điện cảm ứng Và tượng gọi tượng cảm ứng điện từ Định luật Faraday: Suất điện. .. sinh Suất điện cảm ứng xuất dẫn chuyển động từ trường d   dt d từ thông gửi qua diện tích quét thời gian dt Suất điện động cảm ứng dẫn chuyển động từ trường B Lực tác dụng lên điện tích q... xét xuất dòng điện cảm ứng gọi dòng điện tự cảm tượng gọi tượng tự cảm Hệ số tự cảm: d Theo định luật Faraday:  tc   dt Фm từ thông dòng điện mạch gửi qua diện tích mạch Vì từ thông gửi qua