Chủ đề 16 ôn tập về từ trường và cảm ứng từ image marked image marked

CHỦ ĐỀ 16: ÔN TẬP VỀ TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG TỪ VẤN ĐỀ 1: TỪ TRƯỜNG Từ trường không gian xung quanh nam châm hay xung quanh dòng điện,… Gây lực từ tác dụng lên nam châm hay dòng điện khác đặt Quy ước hướng từ trường hướng Nam – Bắc kim nam châm cân điểm Đặt mua file Word link sau: https://tailieudoc.vn/chuyendely3khoi Đường sức từ đường vẽ cho hướng tiếp tuyến điểm đường trùng với hướng vectơ cảm ứng từ điểm - Tính chất: +) Tại điểm từ trường vẽ đường sức từ +) Các đường sức từ đường cong khép kín, vô hạn hai đầu không cắt +) Chiều đường sức từ tuân theo quy tắc xác định (quy tắc nắm tay phải, quy tắc vặn đinh ốc,…) Trong trường hợp nam châm, đường sức từ từ cực Bắc, vào cực Nam nam châm +) Nơi cảm ứng từ lớn đường sức từ vẽ mau (dày hơn), nơi cảm ứng từ nhỏ đường sức từ vẽ thưa Từ trường từ trường mà đặc tính giống điểm; đường sức từ đường thẳng song song, chiều cách Từ trường trái đất gây nam châm khổng lồ nằm lòng trái đất, hay đầu nam châm hướng hai địa cực từ trái đất Góc tạo trục quay Trái đất nam châm khổng lồ 11° DẠNG 1: CẢM ỨNG TỪ 1.1: Từ trường dòng điện đặc biệt Từ trường dòng điện thẳng dài vơ hạn BM  2.107 I rM Trong đó: BM T  từ trường điểm M rM  m  khoảng cách từ sợi dây đến điểm M I (A) cường độ dòng điện chạy qua sợi dây  Cách vẽ B tuân theo qui tắc nắm tay phải: “Để bàn tay phải cho ngón nằm dọc theo dây dẫn theo chiều dòng điện, ngón tay khum lại cho ta chiều đường sức từ” Từ trường dòng điện tròn BO  2 107 I R Trong đó: BO T  từ trường tâm O vòng dây I (A) cường độ dòng điện chạy vòng dây R (m) bán kính vòng dây  Cách vẽ B phải tuân theo qui tắc nắm tay phải: “Để bàn tay phải cho ngón nằm dọc theo dây dẫn theo chiều dòng điện, ngón khum lại cho ta chiều cảm ứng từ.” Từ trường ống dây B  4 107 NI  4 107 nI L Trong đó: N số vòng dây L (m) chiều dài ống dây n mật độ vòng dây I (A) cường độ dòng điện qua ống dây Chú ý: Để đơn giản trình làm tập biểu diễn vécto người ta quy ước sau: ⊕ : Có phương vng góc với mặt phẳng biểu diễn, chiều vào ⊙ : Có phương vng góc với mặt phẳng biểu diễn, chiều Ví dụ 1: Một dây dẫn thẳng dài vơ hạn, dòng điện chạy dây có cường độ I = 10 A Hãy xác định độ lớn cảm ứng từ dòng điện gây tại: a) Điểm M nằm cách dây dẫn 5cm b) Điểm N nằm cách dây dẫn 8cm Ở điểm D có cảm ứng từ 2.105 T , điểm D nằm cách dây dẫn đoạn ? Lời giải: I 10  4.105 T a) Cảm ứng từ M: BM  2.107  2.107 r 0, 05 I 10  2,5.105 T b) Cảm ứng từ N: BN  2.107  2.107 r 0, 08 I I Ta có : BD  2.107  r  2.107  0,1m  10cm r B Ví dụ 2: Một khung dây có N vòng dây dạng hình tròn có bán kính cm Cho dòng điện có cường độ I = A chạy qua khung dây Hãy xác định vecto cảm ứng từ tâm khung dây nếu: a) Khung dây có vòng dây (N = 1) b) Khung dây có 10 vòng dây (N = 10) Lời giải:  a) Cảm ứng tâm O có phương chiều theo quy tắc nắm bàn tay phải Phương B1 vng góc với mặt phẳng khung dây chiều hướng xuống (nếu dòng điện chiều kim đồng hồ) (như hình vẽ) Độ lớn: B  2 107 I  2 107  2 105 T r 0, 05 b) Cảm ứng từ gây tâm khung dây gồm nhiều vòng dây có điểm đặt, phương chiều giống cảm ứng từ vòng dây, khác độ lớn Độ lớn cảm ứng từ khung dây có 10 vòng dây: B10  2 107 N I 10.5  2 107  2 104 T r 0, 05 Hay B10  NB1  10 B1  2 104 T Ví dụ 4: Dùng dây đồng có đường kính d = 0,8 mm có lớp sơn cách điện mỏng, quấn quanh hình trụ có đường kính D = cm, chiều dài 40 cm để làm ống dây, vòng dây quấn sát Muốn từ trường có cảm ứng từ bên ống dây 2 103 T phải đặt vào ống dây hiệu điện Biết điện trở suất đồng 1, 76.108 m Lời giải: Gọi N số vòng dây phải quấn ống dây Đường kính dây quấn bề dày vòng quấn, để quấn hết chiều dài ống dây  phải cần N vòng quấn nên: N d    N    N   500 vòng  d d Ta có: B  4 107 N B I  I   4A  4 107.n Điện trở dây quấn: R= L L    * S rd Chiều dài vòng quấn chiều dài chu vi vòng tròn: C  2 r   D Chiều dài dây quấn: L  N C  N  D Thay vào (*) ta được: R   N  D N D   1,1 d d2 Hiệu điện hai đầu ống dây: U  IR  4, V Ví dụ 5: Một ống dây có chiều dài 20 cm, gồm 500 vòng dây, cho cường độ dòng điện I = 5A chạy ống dây a) Hãy xác định độ lớn cảm ứng từ bên ống dây? b) Nếu đồng thời tăng chiều dài ống dây, số vòng dây cường độ dòng điện lên lần cảm ứng từ bên ống dây lúc có độ lớn bao nhiêu? c) Cần phải dùng dòng điện có cường độ để cảm ứng từ bên ống dây giảm nửa so với câu a Lời giải: a) Độ lớn cảm ứng từ bên ống dây: B  4 107 NI  0, 0157T  NI nên đồng thời tăng chiều dài ống dây, số vòng dây cường độ dòng điện  b) Ta có B  4 107 lên lần cảm ứng từ bên ống dây lúc tăng lên lần Do ta có: B  B  0, 0314T c) Ta có B  4 107 NI I nên để B giảm lần I phải giảm lần Do đó: I    2,5 A  Ví dụ 6: Một dây đồng có đường kính d = 0,8 mm có phủ sơn cách điện mỏng quấn quanh hình trụ đường kính D = cm để tạo thành ống dây Khi nối ống dây với nguồn   4V , r  0,5 cảm ứng từ lòng ống dây B  5 104 T Tìm cường độ dòng điện ống chiều dài ống dây, biết điện trở suất dây quấn   1, 76.108 .m Lời giải: Mật độ vòng dây: n  1   1250 vòng/m d 0,8.103 Cảm ứng từ: B  4 107.n.I  I  Lại có: I   Rr R  B  1A 4 107.n  r  3,5   0,8.103 2    d  3,5   R      4  R.S    99,96 m    Chiều dài dây dẫn (dây quấn):   8   1, 76.10 Số vòng dây: N   99,96   636,36 vòng  D  0, 05 Chiều dài ống dây: L  N  0,51 m n 1.2: Cảm ứng từ tổng hợp Nguyên lí chồng chất từ trường a) Cảm ứng từ tổng hợp điểm      Vecto cảm ứng từ B điểm nhiều dòng điện gây ra: B  B1  B2   Bn   +) Trường hợp tổng quát B1 , B2    B  B12  B22  B1 B2 cos      +) Trường hợp đặc biệt thứ B1  B2    0  B  B1  B2   +) Trường hợp đặc biệt thứ hai B1  B2    180  B  B1  B2   +) Trường hợp đặc biệt thứ ba B1  B2    90  B  B12  B22 +) Nếu B1  B2  B  B1 cos  b) Cảm ứng từ tổng hợp điểm khơng Bước 1: Tính B1 , B2 , I1 , I gây M       Bước 2: Cảm ứng từ tổng hợp M 0: BM  B1  B2   B1   B2 , tức là:   +) B1 B2 ngược chiều +) Độ lớn nhau: B1  B2  phương trình chứa r1 , r2 Kết hợp với đề tìm r1 , r2 vị trí để cảm ứng từ Ví dụ 7: Hai dây dẫn thẳng, dài, đặt song song, cách 20 cm khơng khí, có hai dòng điện ngược chiều, có cường độ I1  12A ; I  15A chạy qua Xác định cảm ứng từ tổng hợp hai dòng điện gây điểm M cách dây dẫn mang dòng I1 15 cm cách dây dẫn mang dòng I cm Lời giải: Giả sử dây dẫn ngược chiều đặt vng góc với mặt phẳng hình vẽ I1 I  1, 6.105 T ; B2  2.107  6.105 T AM BM    Cảm ứng từ tổng hợp M B  B1  B2    Vì B1 B2 phương, chiều nên B phương, chiều   với B1 B2 có độ lớn B  B1  B2  7, 6.105 T B1  2.107 Ví dụ 8: Hai dây dẫn thẳng, dài, đặt song song, cách 10 cm khơng khí, có hai dòng điện ngược chiều, có cường độ I1  6A; I  12A chạy qua Xác định cảm ứng từ tổng hợp hai dòng điện gây điểm M cách dây dẫn mang dòng I1 cm cách dây dẫn mang dòng I 15 cm Lời giải: Giả sử hai dây dẫn đặt vng góc với mặt phẳng hình vẽ I1 I  2, 4.105 T ; B2  2.107  1, 6.105 T AM BM    Cảm ứng từ tổng hợp M là: B  B1  B2    Vì B1 B2 phương, ngược chiều B1  B2 nên B  phương, chiều với B1 có độ lớn: B  B1  B2  0,8.105 T B1  2.107 Ví dụ 9: Hai dây dẫn thẳng, dài, đặt song song, cách 10 cm không khí, có hai dòng điện chiều, có cường độ I1  9A ; I  16A chạy qua Xác định cảm ứng từ tổng hợp hai dòng điện gây điểm M cách dây dẫn mang dòng I1 cm cách dây dẫn mang dòng I cm Lời giải: Giả sử hay dây dẫn đặt vng góc với mặt phẳng hình vẽ B1  2.107 I1  3.105 T AM B2  2.107 I2  4.105 T BM    Cảm ứng từ tổng hợp M là: B  B1  B2 Từ hình vẽ, suy độ lớn: B  B12  B22  5.105 T Ví dụ 10: Ba dòng điện cường độ A chạy ba dây dẫn thẳng, song song, có chiều hình vẽ Biết tam giác ABC cạnh 10 cm, độ lớn cảm ứng từ tâm O tam giác bao nhiêu? Lời giải: Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải xác định chiều cảm ứng từ dòng điện gây tâm O    tam giác hình vẽ ( B1 , B2 , B3 hợp với góc 120°) Độ lớn cảm ứng từ dòng điện thẳng dài gây B  2.107  B1  B2  B3  3.105 T I r       Áp dụng quy tắc chồng chất từ trường B  B1  B2  B3  B12  B3 B12  B1.cos 60  B1  B3  BO  B12  B3  Ví dụ 11: Một dây dẫn dài căng thẳng, dây uốn thành vòng tròn bán kính R = 1,5 cm, chỗ chéo dây dẫn cách điện Dòng điện chạy dây có cường độ A Tính độ lớn cảm ứng từ tâm O vòng tròn trường hợp uốn dây sau: Lời giải: a) Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải xác định chiều cảm ứng từ hai dòng điện gây tâm O có chiều hướng ngồi mặt phẳng hình vẽ nên BO  B1  B2 Ta có độ lớn cảm ứng từ dòng điện thẳng gây O B1  2.107 Độ lớn cảm ứng từ dòng điện tròn gây tâm O B2  2 107  Độ lớn cảm ứng từ hai dòng điện gây O BO  2.107 I R I R I   1  16, 6.105 T R b) Chiều cảm ứng tâm O dây dẫn thẳng gây có chiều hướng vào mặ phẳng hình vẽ, dây dẫn tròn gây tâm có chiều hướng ngồi mặt phẳng hình vẽ nên B  B1  B2 Ta có B1  2.107 I I ; B2  2 107 với r  R  0, 015m  B  B1  B2  8, 6.105 T r R Ví dụ 12: Hai dây dẫn thẳng dài vơ hạn, đặt song song khơng khí cách đoạn d = 12 cm có dòng điện chiều I1  I  I  10 A chạy qua Một điểm M cách hai dây dẫn đoạn x a) Khi x = 10 cm Tính độ lớn cảm ứng từ tổng hợp hai dòng điện chạy hai dây dẫn gây điểm M b) Hãy xác định x để độ lớn cảm ứng từ tổng hợp hai dòng điện gây đạt giá trị cực đại Tính giá trị cực đại Lời giải: a) Giả sử hai dây dẫn đặt vng góc với mặt phẳng hình vẽ I  2.105 T x    Cảm ứng từ tổng hợp M là: B  B1  B2 Ta có: B1  B2  2.107 B  B1 cos   B2 cos   B1 cos   B1 d  x2    2  3, 2.105 T x I ; x b) Theo câu a) ta có: B1  B2  2.107 d  x   d2 2  4.107 I  x x 4x B  B1 cos   2.2.107 B đạt cực đại I x d2 d2  d2       đạt cực đại x2 4x4 d 4x2  4x2  Theo bất đẳng thức Cơsi x d2 d2 d2  d2    đạt cực đại    4x2 4x2 d 4x2  4x2  d  8,5cm Khi Bmax  3,32.105 T Ví dụ 13: Hai dây dẫn thằng dài vô hạn, đặt song song khơng khí cách đoạn d = 2a có dòng điện ngược chiều cường độ I1  I  I chạy qua a) Xác định cảm ứng từ tổng hợp hai dòng điện gây điểm M cách hai dây dẫn đoạn x b) Hãy xác định x để độ lớn cảm ứng từ tổng hợp hai dòng điện gây đạt giá trị cực đại Tính giá trị cực đại Lời giải: a) Giả sử hai dây dẫn đặt vng góc với mặt phẳng hình vẽ Ta có: B1  B2  2.107 I x    BM  B1  B2 có phương chiều hình vẽ có độ lớn: BM  B1 cos   B2 cos   B1 cos  I a a  2.2.107  4.107 I x x x b) Đặt MH = y; ta có x  a  y  B  4.107 I a a  y2 B đạt cực đại y   x  a ; Bmax  4.107 I a Ví dụ 14: Hai dây dẫn thẳng, dài, đặt song song, cách 15 cm không khí, có hai dòng điện chiều, có cường độ I1  10 A , I  5A chạy qua Xác định điểm M mà cảm ứng từ tổng hợp hai dòng điện gây Lời giải: Giả sử hai dây dẫn đặt vng góc với mặt phẳng hình vẽ Để cảm ứng từ tổng hợp M         B  B1  B2   B1   B2 tức B1 B2 phải phương, ngược chiều độ lớn Để thỏa mãn điều kiện M phải nằm đường thẳng nối A, B; nằm đoạn thẳng AB Với B1  B2 2.107  AM  I1 I2  2.107 AM AB  AM AB.I  10cm;  MB  5cm I1  I Ví dụ 15: Hai dây dẫn thẳng, dài, đặt song song, cách 10 cm khơng khí, có hai dòng điện ngược chiều, có cường độ I1  20 A , I  10 A chạy qua Xác định điểm M mà cảm ứng từ tổng hợp hai dòng điện gây       B  B1  B2   B1   B2 Lời giải: Để thỏa mãn điều kiện M phải nằm đường thẳng nối A, B; nằm đoạn thẳng AB, gần dây dẫn mang dòng I (vì I1  I ) B1  B2  2.107  AM  I1 I2  2.107 AM AM  AB AB.I1  20cm  BM  10cm I1  I Ví dụ 16: Ba dòng điện thẳng song song hình vẽ Biết I1  I  I ; I  ; OA = OB = a Những điểm trục Ox vng góc với mặt phẳng chứa ba dây có B = cách O khoảng ? Lời giải: Gọi M điểm Ox có cảm ứng từ tổng hợp          Ta có B  B1  B2  B3  B13  B   B13   B2 B1  2.107 B3  2.107 a  OM 2 ; B2  2.107 2I a  OM Ta có B13  B1 cos AMO  B1 Mà B13  B2  2.2.107  I 2.OM OM a  OM I a  OM 2 OM a  OM 2  2.107 I 2.OM 2OM a   4.OM  a  OM  OM  a  OM 2.OM Những điểm trục Ox vng góc với mặt phẳng chứa ba dây có B = cách O khoảng a DẠNG 2: LỰC TỪ 1.1: Lực từ tác dụng lên đoạn dây mang dòng điện Định luật Ampe: F  BI .sin  Trong đó: F (N) lực từ tác dụng lên sợi dây B (T) từ trường mà dây dẫn đặt vào I (A) cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn  (m) chiều dài dây dẫn    B,  góp hợp từ trường chiều dài sợi dây   Chiều lực từ xác định quy tắc bàn tay trái “Xòe bàn tay trái hứng đường cảm ứng từ cho chiều dòng điện từ cổ tay đến ngón tay Ngón tay chỗi 90° chiều dài lực từ” Ví dụ 1: Người ta cho dòng điện có cường độ I = 10 A chạy dây dẫn, đặt dây dẫn vng góc với đường cảm ứng từ có B = mT Lực điện từ tác dụng lên dây dẫn 0,01 N, xác định chiều dài dây dẫn nói ? Lời giải: Ta có: F  BI  sin     F 0, 01   0, m = 20 cm 3 B.Isin  5.10 10.sin 90 eU  eU mv  v  m  eU 2.1, 6.1019.1000   1,9.107  m s  ve  31 me 9,1.10   q U  2.3, 2.1019.1000 v    3,1.105  m s    27 m 6, 67.10  Độ lớn lực Lorenxơ tác dụng lên hạt:  f e  Bv e  2.1,9.107.1, 6.1019  6.1012  N   19 13  f  Bv q  2.3,1.10 3, 2.10  1,98.10  N  Ví dụ 8: Hạt mang điện q > chuyển động vào từ trường dòng điện hình vẽ, dòng điện chạy dây dẫn thẳng dài vơ hạn, có cường độ I = 20 A, hạt mang điện chuyển động theo song song với dây dẫn, cách dây dẫn đoạn cm a) Hãy xác định B dòng điện gây điểm mà hạt mang điện qua b) Nếu hạt mang điện chuyển động với vận tốc v = 2000 m/s, lực từ tác dụng lên hạt 4.105 N Hãy xác định độ lớn điện tích hạt c) Giả sử hạt mang điện có điện tích 2.108 C , chuyển động với vận tốc 2500 m/s, xác định vectơ lực từ tác dụng lên hạt mang điện nói Lời giải: I a) B  2.107  8.105 T  r  b) Khi hạt mang điện bay qua chịu tác dụng từ trường B dòng điện gây điểm đó, ta có: f  Bvq  q  f  2.105  C  Bv c) Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy chiều cảm ứng từ vị trí điện tích có chiều hướng từ ngồi vào Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích: f  Bvq  4.109  N    Ví dụ 9: Một electron bay với vận tốc v vào từ trường có cảm ứng từ B theo phương hợp với đường cảm ứng từ góc  Xác định quỹ đạo chuyển động hạt đặc điểm quỹ đạo trường hợp: a)   0 b)   90 c)   0   90 Lời giải: a) Lực từ tác dụng lên hạt electron: f L  Bvq sin   Hạt electron chuyển động thẳng với vận tốc theo phương B b) Lực từ tác dụng lên hạt electron: f L  Bvq sin 90  Bve  Áp dụng quy tắc bàn tay trái suy chiều lực từ f L hình vẽ   Vì f  v nên electron chuyển động tròn suy f L lực hướng tâm nên: v2 mv R R Be    v1  B c) Vận tốc v phân tích thành thành phần:    v2 / / B  thành phần v1 làm electron chuyển động tròn với bán kính: f L  FM  Bv e  m R mv1 m.v.sin   Be Be Thời gian hết vòng là: t  2 R 2 m  v1 eB  Thành phần v2 làm cho electron chuyển động thẳng với vận tốc:  v2  v cos  dọc theo từ trường B Trong thời gian t đoạn đường: h  v2t  2 m v.cos  eB Do tham gia đồng thời hai chuyển động nói nên hạt electron chuyển động theo đường xoắn ốc với bước xoắn ốc: h  v t  2 m v.cos  eB VẤN ĐỀ 2: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Từ thông: Đại lượng diễn tả số lượng đường sức từ xun qua vòng dây kín (C) (diện tích S) Xét khung dây gồm N vòng có diện tích S, nằm từ  trường đều, cho đường sức từ B hợp với vector pháp tuyến  dương n góc  Từ thơng  đại lượng định nghĩa  công thức:   NBS cos  - Ý nghĩa từ thông: Từ thông diễn tả số đường sức từ xuyên qua điện tích - Đơn vị: Vê-be (Wb) Hiện tượng cảm ứng điện từ - Khi có biến đổi từ thơng qua mặt giới hạn mạch kín (vd: khung dây kín có diện tích S) mạch xuất dòng điện cảm ứng - Hiện tượng xuất dòng điện cảm ứng mạch kín có biến thiên từ thơng qua mạch kín gọi tượng cảm ứng điện từ Xác định chiều dòng điện cảm ứng định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng xuất mạch kín có chiều cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại biến thiên từ thông ban đầu qua mạch kín Suất điện động cảm ứng suất điện động sinh dòng điện cảm ứng Kí hiệu : ec eC    t Với  : độ biến thiên từ thơng qua mạch kín (Wb),     1 t : thời gian từ thông biến thiên qua mạch (s) “  ” : dấu trừ biểu thị định luật Len-xơ (Độ lớn) suất điện động cảm ứng đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên từ thông xác định biểu thức: eC     1 (chiều áp dụng định lý Lenxo)  t t2  t1 DẠNG 1: XÁC ĐỊNH CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG I C Dòng điện cảm ứng xuất mạch kín có chiều cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại biến thiên từ thơng ban đầu qua mạch kín  Bước 1: Vẽ B dụng cụ lại (khơng phải dụng cụ mà đề yêu cầu xác định I C ) Cụ thể:  +) Nam châm: B cực Bắc (N), vào cực Nam (S) +) Dây dẫn thẳng dài: Dùng quy tắc nắm bàn tay phải 1: “Giơ ngón bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón xung quanh dây dẫn chiều từ cổ tay đến ngon tay chiều đường sức từ” +) Vòng dây tròn, ống dây dài: Dùng quy tắc bàn tay phải 2: “Khum tay phải theo vòng dây khung cho chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều dòng điện khung, ngón chỗi chiều đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện”  Bước 2: Xét từ thông qua B qua Nam châm, Dây dẫn thẳng, Vòng dây tròn hay Ống dây,… tăng hay giảm     +) Nếu  tăng Bc ngược chiều B ,  giảm Bc chiều B  +) Quy tắc chung: gần ngược – xa Nghĩa khu nam châm hay khung dây lại gần Bc    B ngược Còn xa Bc B ngược Bước 3: Xác định dòng điện cảm ứng sinh khung dây theo qui tắc nắm bàn tay phải Ví dụ minh họa: Dùng định luật Len-xơ xác định chiều dòng điện cảm ứng khung dây dẫn trường hợp sau: a) Thanh nam châm rơi đến gần khung dây, sau qua khung dây rơi khỏi khung dây b) Con chạy biến trở R di chuyển sang phải c) Đưa khung dây xa dòng điện d) Đóng khóa K e) Giảm cường độ dòng điện ống dây f) Khung dây ban đàu từ trường hình vng, sau dược kéo thành hình chữ nhật ngày dẹt Lời giải: a) Thanh nam châm rơi đến gần khung dây, sau qua khung dây rơi khỏi khung dây:  +) Cảm ứng từ B nam châm có hướng vào S N  +) Khi nam châm rơi lại gần khung dây ABCD cảm ứng từ cảm ứng Bc  khung dây có chiều ngược với cảm ứng từ B Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy dòng điện cảm ứng khung dây ABCD có chiều từ A  D  C  B  A hình +) Sau nam châm qua khung dây nam châm xa dần khung dây  nên lúc cảm ứng từ cảm ứng Bc khung có chiều với cảm ứng  từ B Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy dòng điện cảm ứng khung dây ABCD có chiều từ A  B  C  D  A b) Con chạy biến trở R di chuyển sang phải:  +) Dòng điện tròn sinh cảm ứng từ B có chiều từ +) Khi biến trở dịch chuyển sang phải điện trở R tăng nên dòng điện I  mạch giảm  cảm ứng từ B vòng dây sinh giảm   từ thông giảm  từ trường cảm ứng Bc chiều với từ trường dòng điện tròn (chiều từ ngoài) +) Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải: chiều dòng điện cảm ứng khung dây ABCD có chiều từ A  B  C  D  A c) Đưa khung dây xa dòng điện:  +) Cảm ứng từ B dòng điện I gây khung dây ABCD có chiều từ ngồi vào +) Vì khung dây xa dòng điện I nên từ thơng giảm  từ trường cảm   ứng B c khung dây chiều với từ trường B +) Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải: chiều dòng điện cảm ứng khung dây ABCD có chiều từ A  B  C  D  A d) Đóng khóa K: +) Khi đóng khóa K mạch có dòng điện I tăng từ đến I  +) Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải xác định chiều cảm ứng từ B bên ống dây có chiều hình +) Vì dòng điện có cường độ tăng từ đến I nên từ thông tăng    chiều cảm ứng từ cảm ứng Bc ngược với chiều cảm ứng từ B +) Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải: chiều dòng điện cảm ứng khung dây ABCD có chiều từ A  B  C  D  A e) Giảm cường độ dòng điện ống dây:  +) Cảm ứng từ B bên ống dây có chiều từ xuống hình +) Vì cường độ dòng điện giảm nên từ thơng gửi qua khung dây ABCD   giảm cảm ứng từ cảm ứng Bc chiều với cảm ứng từ B ống dây +) Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải: chiều dòng điện cảm ứng khung dây ABCD có chiều dài từ A  D  C  B  A f) Kéo khung dây thành hình chữ nhật ngày dẹt đi: Khi hình có chu vi hình vng có diện tích lớn hình chữ nhật Do đó, q trình kéo diện tích khung giảm dần, dẫn đến   từ thông qua khung giảm  từ trường cảm ứng Bc chiều với B  dòng điện cảm ứng I C có chiều A  B  C  D  A DẠNG 2: TỪ THÔNG – SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG Từ thơng qua diện tích S đặt từ trường:   NBScos  Trong đó:  : từ thơng qua mạch kín (Wb) S: diện tích mạch ( m ) B: cảm ứng từ gửi qua mạch (T)      B, n , n pháp tuyến mạch kín   N: số vòng dây mạch kín - Tùy thuộc vào góc  mà từ thơng có giá trị âm dương: +) 0    90  cos    dương +) Khi 90    180  cos    âm +) Khi   90  cos     +) Khi   0  cos    max  BS +) Khi   180  cos   1    BS   BS    BS Suất điện động cảm ứng khung dây ec   N    ec  N t t +) eC suất điện động cảm ứng (V) +)   Wb  tốc độ biến thiên từ thông   (V) t  s  - Chú ý: +) Nếu B biến thiên   S cos   B  S.cos    B2  B1  Nếu S biến thiên   B.cos  S  B.cos    S  S1  Nếu  biến thiên   B.S   cos    B.S   cos   cos 1   +) Khi nói mặt phẳng khung dây hợp với cảm ứng từ B góc    90   +) Cường độ dòng điện cảm ứng qua mạch kín: iC  eC với R điện trở khung dây R Ví dụ 1: Một khung dây phẵng diện tích 20 cm , gồm 10 vòng đặt từ trường Véc tơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẵng khung dây góc 30° có độ lớn 2.104 T Người ta làm cho từ trường giảm đến thời gian 0,01 s Tính suất điện động cảm ứng xuất khung dây thời gian từ trường biến đổi Ta có: ec     t Lời giải:    NBS cos n, B t    2.10 4 V  Ví dụ 2: Cuộn dây có N = 100 vòng, diện tích vòng S = 300 cm có trục song song với B từ  trường đều, B = 0,2 T Quay cuộn dây để sau t  0,5 s, trục vng góc với B Tính suất điện động cảm ứng trung bình cuộn dây Lời giải: +) Ban đầu:   Trục vòng dây song song với B nên: 1  n; B    Từ thông qua N vòng dây lúc đầu: 1  NBS cos 1  NB1S +) Lúc sau:    Trục vòng dây vng góc với B nên:   n; B  90   Từ thông qua N vòng dây lúc sau:   NBS cos   Độ biến thiên từ thông:     1  1   NBS Độ lớn suất điện động: e   NBS 100.0, 2.300.104    1, 2V t t 0,5 Ví dụ 3: Một ống dây hình trụ dài gồm N = 1000 vòng dây, diện tích vòng dây S = 100 cm Ống dây  có R = 16  , hai đầu nối đoản mạch đặt từ trường đều: vectơ cảm ứng từ B song song với trục hình trụ độ lớn tăng 0,04 T/s Tính cơng suất tỏa nhiệt ống dây Lời giải: Từ thông qua ống dây:   NBS cos 0  NBS Tốc độ biến thiên từ thông:    NBS  B   NS t t t Độ lớn suất điện động khung dây: e  B  NS  1000 100.104  0, 04  0, V  t t Dòng điện cảm ứng ống dây: ic  e 0,    A R 16 40   Công suất tỏa nhiệt R: P  i R    16  0, 01W   40  Ví dụ 4: Vòng dây đồng    1, 75.108 .m  đường kính d = 20 cm, tiết diện S0  mm đặt vng góc  B với B từ trường Tính độ biến thiên cảm ứng từ dòng điện cảm ứng vòng dây t I = 2A Lời giải: Suất điện động cảm ứng xuất vòng dây có độ lớn: e Điện trở vòng dây: R    S  B B  d B   S  t t t t L d  S0 S0  d B Cường độ dòng điện cảm ứng qua vòng dây: I   e S d B t   d R  t  S0 B  I 4.1, 75.108.2    0,14 T s  t S d 5.106.0, Ví dụ 5: Một khung dây cứng, phẳng diện tích 25 cm , gồm 10 vòng dây Khung dây đặt từ trường Khung dây nằm mặt phẳng hình vẽ Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian theo độ thị hình bên a) Tính độ biến thiên từ thông qua khung dây kể từ lúc t = đến t = 0,4s b) Xác định giá trị suất điện động cảm ứng khung c) Tìm chiều dòng điện cảm ứng khung Lời giải: a) Độ biến thiên từ thông qua khung dây kể từ lúc t1  đến t2  0, 4s t1   B1  2, 4.103 T  Từ đồ thị ta có:  t2  0, s  B2  Độ biến thiên cảm ứng từ: B  B2  B1  2, 4.103 T    Khung dây vng góc với mặt phẳng khung dây nên:   n; B    Độ biến thiên từ thông qua khung dây:   N  B  S cos   10  2, 4.103  25.104.I  6.105 Wb  Vậy từ thông giảm lượng   6.105 Wb  b) Suất điện động cảm ứng khung dây: ec     1,5.104 V  t   c) Vì từ thơng giảm nên vecto cảm ứng từ Bc chiều với cảm ứng từ B Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy chiều dòng điện cảm ứng chiều kim đồng hồ (hình vẽ) DẠNG 3: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG THANH Khi đoạn dây dẫn chuyển động cắt đường sức từ đoạn dây xuất suất điện động (đóng vai trò nguồn điện) Suất điện động trường hợp gọi suất điện động cảm ứng Quy tắc bàn tay phải: - Đặt bàn tay phải hứng đường sức từ, ngón tay chỗi 90° chiều chuyển động đoạn dây, đoạn dây dẫn đóng vai trò nguồn điện, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều từ cực âm sang cực dương nguồn điện đó: - Chú ý: +) Khi mạch nối kín mạch có dòng điện cảm ứng ic +) Bên nguồn điện, dòng điện có chiều từ cực âm sang cực dương, bên ngồi ngược lại Biểu thức suất điện động cảm ứng từ đoạn dây:  - Xét trường hợp đơn giản từ trường B vng góc với mặt khung dây, suất điện động khung dây tính theo cơng thức:   B S  ec  t t  ec  Bv  S  .s  v.t    Trong trường hợp B v hợp với góc  thì: e c  Bv sin  - Chú ý: +) Khi mạch kín dòng cảm ứng chạy dây dẫn có điện trở R: i c  ec R +) Khi mạch có hai dòng điện số Ampe kế tổng đại số hai dòng điện (hai dòng điện dòng I nguồn E tạo dòng ic tượng cảm ứng điện từ tạo ra) Ví dụ 1: Thanh kim loại AB dài 20 cm kéo trượt hai ray kim loại nằm ngang hình vẽ Các dây nối bằng điện trở R  3 Vận tốc AB 12 m/s Hệ thống đặt từ trường  có B = 0,4 T, B vng góc với mạch điện a) Tìm suất điện động cảm ứng khung b) Cường độ dòng điện cảm ứng cho biết chiều Lời giải: a) Suất điện động cảm ứng thanh: ec  B.v. sin   0, 4.0, 2.2.12.sin 90  0,96V b) Dòng điện mạch: I c  ec  0,32 A R Quy tắc bàn tay phải  chiều dòng điện cảm ứng qua AB theo chiều từ A đến B Ví dụ 2: Cho hệ thống hình vẽ, MN có chiều dài 50 cm chuyển động với tốc độ 10 m/s từ trường B = 0,25 T Tụ điện có điện dung C = 10  F Tính độ lớn diện tích của tụ điện cho biết tích điện dương Lời giải: Khi MN chuyển động MN xem nguồn điện có suất điện động có độ lớn là: e  Bv  1, 25 V  Nguồn điện MN nạp điện cho tụ C nên điện tích tụ C là: q  C.e  12,5   C  Áp dụng quy tắc bàn tay phải suy N cực âm M cực dương nguồn điện Do M mang điện tích dương, N mang điện tích âm Ví dụ 3: Nguồn có suất điện động E = 1,5V, điện trở r = 0,1  , MN có chiều dài m có điện trở R  2,9  Từ trường B có phương thẳng đứng, hướng xuống vng góc với mặt khung hình vẽ B = 0,1 T Thanh MN dài có điện trở khơng đáng kể a) Ampe kế MN đứng yên? Tính độ lớn lực từ tác dụng lên MN b) Ampe kế MN di chuyển phía phải với vận tốc v = m/s cho đầu MN tiếp xúc với đỡ kim loại? Tính độ lớn lực từ tác dụng lên MN c) Muốn Ampe kế số phải để MN di chuyển phía với vận tốc bao nhiêu? Lời giải: a) Khi MN đứng n mạch khơng có dòng cảm ứng nên số ampe kế là: I E  0,5 A Rr Độ lớn lực từ tác dụng lên MN: F  B.I   0, 05 N b) Khi chuyển động phía phải mạch có dòng cảm ứng có chiều từ M đến N: ic  ec Bv   0,1A Rr Rr Trong mạch có dòng điện dòng nguồn tạo dòng cảm ứng tượng cảm ứng điện từ tạo Hai dòng điện chiều nên số ampe kế tổng dòng này: I A  I  ic  0, A Lực từ tác dụng lên MN là: F  B.I A   0, 06 N c) Muốn ampe kế số ic phải có độ lớn I = 0,5A dòng ic phải ngược chiều với dòng I, tức dòng ic có chiều từ N đến M  MN phải chuyển động sang trái Gọi v vận tốc MN: ic  i R  r Bv v c  15 m s Rr B Ví dụ 4: Hai kim loại song song, thẳng đứng có điện trở khơng đáng kể, đầu nối vào điện trở R  0,5 Một đoạn dây dẫn AB, độ dài   14cm , khối lượng m = 2g, điện trở r  0,5 tì vào hai kim loại tự trượt không ma sát xuống ln ln vng góc với hai kim loại Tồn hệ thống đạt từ trường có hướng vng góc với mặt phẳng hai kim loại có cảm ứng từ B = 0,2T Lấy g  9,8 m s a) Xác định chiều dòng điện qua R b) Chứng minh lúc đầu AB chuyển động nhanh dần, sau thời gian chuyển động trở thành chuyển động Tính vận tốc chuyển động tính U AB c) Bây đặt hai kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ngang góc   60 Độ lớn chiều  B cũ Tính vận tốc v chuyển động AB U AB Lời giải: a) Do xuống nên từ thông qua mạch tăng Áp dụng dịnh luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng sinh   Bc ngược chiều B (hình vẽ) Áp dụng qui tắc nắm bàn tay phải, I chạy qua R có chiều từ A  B b) Ngay sau bng AB chịu tác dụng trọng lực P = mg nên chuyển động nhanh dần  v tăng dần Đồng thời, sau mạch xuất dòng điện I nên AB chịu thêm tác dụng lực từ F  BI  có hướng lên Suất điện động xuất AB là: e  e Bv B 22v   F  Bv nên I  Rr Rr Rr t Cho nên v tăng dần F tăng dần  tồn thời điểm mà F = P Khi chuyển động thẳng Khi chuyển động thì: B 22v F  mg   mg Rr R  r  mg  0,5  0,5  2.103.9,8  v   25 m B2 I 0, 22.0,142 s Hiệu điện hai đầu là: U AB  I R  Bv 0, 2.0,14.25 R  0,5  0,35 V  Rr 0,5  0,5 c) Khi để nghiêng hai kim loại ta có hình vẽ bên: Hiện tượng xảy tương tự trường hợp b) ta thay P P sin  thay B B1 với B1  B sin  - Lập luận tương tự ta có: v  B sin   F  mg sin   Rr 2v  R  r  mg sin    0,5  0,5 2.103.9,8.sin 60 2  B sin     0, 2.sin 60  0,142 - Hiệu điện hai đầu là:  mg sin   28,87 m s U AB  I R  B sin  v 0, 2sin 60.0,14.28,87 R  0,5  0,35 V Rr 0,5  0,5 DẠNG 4: HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM - Độ tự cảm ống dây: L  4 107.n 2V - Từ thông qua ống dây:   Li - Hiện tượng tự cảm tượng cảm ứng điện từ xảy mạch có dòng điện mà biến thiên từ thông qua mạch gây biến thiên cường độ dòng điện mạch - Suất điện động tự cảm: etc  L i t Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên cường độ dòng điện mạch - Năng lượng từ trường ống dây: W - Mật độ lượng từ trường: w  Li W  107.B 2V 8 10 B  W  wV 8 Trong đó: L độ tự cảm ống dây, đơn vị L henri, kí hiệu H (1H = 1Wb/A) n N số vòng trên đơn vị chiều dài  ống; V thể tích ống  i cường độ dòng điện chạy qua ống (A) Ví dụ 1: Một ống dây có chiều dài 1,5 m, gồm 2000 vòng dây, ống dây có đường kính 40 cm a) Hãy xác định độ tự cảm ống dây b) Cho dòng điện chạy ống dây, dòng điện tăng từ đến 5A thời gian 1s, xác định suất điện động tự cảm ống dây c) Hãy tính cảm ứng từ dòng điện sinh ống dây dòng điện ống dây 5A? d) Năng lượng từ trường bên ống dây dòng điện qua ống dây có giá trị 5A? Lời giải: a) Độ tự cảm bên ống dây: L  4 107 N2 N2 d2 20002  0, 42 S  4 107  4 107  0, 42  H    1,5 b) Suất điện động tự cảm ống dây: etc   L i  i  i  50   L   0, 42    2,1V  t t   c) Cảm ứng từ dòng điện sinh ống dây: B  4 107 N i 2000.5  4 107  8, 4.103 T   1,5 d) Năng lượng từ trường sinh bên ống dây: W  L.i  0, 42.52  5, 25  J  2 Ví dụ 2: Một ống dây dài 40 cm, có tất 800 vòng dây, diện tích tiết diện ngang ống dây 10 cm Ống dây nối với nguồn điện có cường độ tăng từ  A a) Độ tự cảm ống dây ? b) Nếu suất điện động tự cảm ống dây có độ lớn 1,2 V, xác định thời gian mà dòng điện biến thiên Lời giải: a) Độ tự cảm ống dây: L  4 107 N2 8002 S  4 107 .10.104  2.103  H   0, b) Suất điện động tự cảm sinh có biến thiên dòng điện ống dây: etc  L i i i i i 40  L  t  L  2.103  6, 7.103  s  t t etc 1, Ví dụ 3: Một ống dây dài quấn với mật độ 2000 vòng/mét Ống dây tích 500 cm3 Ống dây mắc vào mạch điện Sau đóng cơng tắc dòng điện ống dây biến đổi theo thời gian theo đồ thị Lúc đóng cơng tắc ứng với thời điểm t = Tính suất điện động tự cảm ống: a) Sau đóng cơng tắc tới thời điểm t = 0,05s b) Từ thời điểm t = 0,05s trở sau Lời giải: Độ tự cảm ống dây: L  4 107.n V  4 107.20002.500.106  2,51.103  H  a) Trong khoảng thời từ đến 0,05 s dòng điện tăng từ i1  A đến i2  A Suất điện động tự cảm thời gian này: etc  L i i i 50  L  2,51.103  0, 25 V  t t 0, 05 b) Từ sau thời điểm t = 0,05 s dòng điện khơng đổi nên i   etc  L i 0 t Ví dụ 4: Cho mạch điện hình vẽ, L = H, E = 12 V, r = 0, điện trở biến trở R = 10  Điều chỉnh biến trở để 0,1s điện trở biến trở giảm  a) Tính suất điện động tự cảm xuất ống dây khoảng thời gian nói b) Tính cường độ dòng điện mạch khoảng thời gian nói Lời giải: Gọi i cường độ dòng điện nguồn E sinh ra; ic cường độ dòng điện tự cảm (do etc sinh ra) Khi biến trở có giá trị: R  R1  10  i1  E 12   1,  A  R1  r 10  Khi biến trở có giá trị: R  R2  5  i2  E 12   2,  A  R2  r  a) Khi R thay đổi dòng điện mạch thay đổi nên suất hiệu suất điện động tự cảm: etc  L i i i 2,  1,  L   12 V  t t 0,1 b) Vì R giảm nên i tăng theo định luật Len-xơ, dòng điện tự cảm ic ngược chiều với i Cường độ dòng điện mạch thời gian nói là: i  i  itc  e E 12 12  tc   0 Rr Rr Rr Rr Vậy: Cường độ dòng điện mạch khoảng thời gian i '  Ví dụ 5: Trong mạch điện hình vẽ, cuộn cảm L có điện trở khơng Lúc đầu đóng khóa K vị trí a để nạp lượng cho cuộn cảm L, dòng điện qua L 1,2 A Chuyển K sang vị trí b, tính nhiệt lượng tỏa R Biết độ tự cảm L = 0,2 H Lời giải: Năng lượng cuộn cảm L tích trữ được: WL  2 Li  0, 1,   0,144  J  2 Khi chuyển khóa K sang vị trí b tồn lượng tích trữ cuộn cảm L chuyển sang tỏa nhiệt hết R Nên nhiệt lượng tỏa R 0,144 J ...  từ thông qua khung giảm  từ trường cảm ứng Bc chiều với B  dòng điện cảm ứng I C có chiều A  B  C  D  A DẠNG 2: TỪ THÔNG – SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG Từ thông qua diện tích S đặt từ trường: ... ống dây:  +) Cảm ứng từ B bên ống dây có chiều từ xuống hình +) Vì cường độ dòng điện giảm nên từ thông gửi qua khung dây ABCD   giảm cảm ứng từ cảm ứng Bc chiều với cảm ứng từ B ống dây... độ tăng từ đến I nên từ thông tăng    chiều cảm ứng từ cảm ứng Bc ngược với chiều cảm ứng từ B +) Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải: chiều dòng điện cảm ứng khung dây ABCD có chiều từ A 