Vật lý lớp 11: Lý thuyết suất điện động cường độ dòng điện cảm ứng

BÀI GIẢNG: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG – CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG CHUYÊN ĐỀ: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ MÔN: VẬT LÍ LỚP 11 THẦY GIÁO: PHẠM QUỐC TOẢN - GV TUYENSINH247.COM I KIẾN THỨC CƠ BẢN Suất điện động cảm ứng Trường hợp tổng quát: Độ lớn suất điện động cảm ứng trung bình:   N  t Trường hợp đoạn dây chuyển động từ trường đều:   Blv sin  Trong đó: B cảm ứng từ (T) l chiều dài đoạn dây (m) v vận tốc đoạn dây (m/s)   (B, v) Một số lưu ý giải tập - Áp dụng cơng thức tính từ thơng:  = N BScos Từ tính  - Áp dụng cơng thức tính suất điện động cảm ứng - Kết hợp với cơng thức định luật Ơm mạch điện để tìm cường độ dịng điện cảm ứng II BÀI TẬP VÂN DỤNG Câu Một cuộn dây phẳng có 100 vịng, bán kính cuộn dây 0,1m Cuộn dây đặt từ trường đều, mặt phẳng cuộn dây vng góc với đường cảm ứng từ Lúc đầu cảm ứng từ cuộn dây có giá trị 0,2T Cuộn dây có điện trở r = 2,1 Tìm suất điện động cảm ứng trung bình cuộn dây dòng điện chạy trọng cuộn dây khoảng thời gian 0,1s: a) Cảm ứng từ từ trường tăng lên gấp đôi b) Cảm ứng từ từ trường giảm đặn đến Câu Một kim loại nằm ngang dài 100 cm, quay quanh trục thẳng đứng qua đầu Trục quay song song với đường sức từ trường có cảm ứng từ 50μT Xác định tốc độ quay kim loại cho hai đầu xuất hiệu điện 1,0 mV Câu Một khung dây dẫn cứng hình chữ nhật có diện tích 200 cm2, đặt vị trí mặt phẳng khung dây song song với đường sức từ trường có cảm ứng từ 10 mT Xác định chiều độ lớn suất điện động cảm ứng khung dây khung dây quay quanh trục 4,0 s đến vị trí mặt phẳng khung dây vng góc với đường sức từ Câu Hai đồng song song T1và T2nằm mặt phẳng ngang, có hai đầu P Q nối với dây dẫn, đặt vng góc với đường sức từ trường hướng thẳng đứng lên Truy cập trang http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Văn – Anh – Lý – Hóa – Sinh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất! có cảm ứng từ 0,20 T (Hình 24.1) Một đồng MN dài 20 cm đặt tựa vng góc hai T1 T2, chuyển động tịnh tiến dọc theo hai với vận tốc không đổi u = 1,2 m/s Xác định : a) Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất đồng MN b) Chiều dòng điện cảm ứng chạy đồng MN Câu Một ống dây dẫn hình trụ dài gồm 1000 vịng dây, diện tích vịng 100 cm2 Ống dây có điện trở 16Ω, hai đầu dây nối đoản mạch đặt từ trường có vectơ cảm ứng từ B hướng song song với trục ống dây có độ lớn tăng 4,0.10 -2 T/s Xác định công suất toả nhiệt ống dây dẫn Câu Một cuộn dây dẫn dẹt gồm 1000 vòng dây, vòng có đường kính 20 cm, mét dài dây dẫn có điện trở 0,50 Ω Cuộn dây đặt từ trường có vectơ cảm ứng từ B hướng vng góc với mặt phẳng vịng dây dẫn có độ lớn giảm từ 1,0 mT đến khoảng thời gian 10 ms Xác định cường độ dòng điện cảm ứng xuất cuộn dây dẫn Câu Một ống dây dẫn hình trụ dài gồm 1000 vịng dây, vịng có đường kính 10 cm, đặt từ trường có vectơ cảm ứng từ B hướng song song với trục ống dây độ lớn cảm ứng từ tăng theo thời gian với quy luật B = 0,010 T/s Cho biết dây dẫn có tiết diện 0,40 t mm2 có điện trở suất 1,75.10-8 Ω.m Xác định : a) Năng lượng tụ điện có điện dung 10μF nối tụ điện với hai đầu ống dây dẫn b) Công suất toả nhiệt ống dây dẫn nối đoản mạch hai đầu ống dây dẫn Hướng dẫn giải chi tiết Câu a) Trường hợp 1: - Ta có: 1 = B.S; 2 = 2B.S   = 2 - 1 = B.S S = .R2 = 3,14.0,12 = 0,0314 (m2)   = 0,2 0,0314 = 6,28.10-3 (Wb) - Suất điện động cảm ứng:   N  6, 28.103  100  6, 28(V) t 0,1 - Dòng điện chạy cuộn dây là: I   6, 28   3(A) r 2,1 b) Trường hợp 2: - Ta có: 1 = B.S; 2 =   = 2 - 1 = - B.S S = .R2 = 3,14.0,12 = 0,0314 (m2)   = - 0,2 0,0314 = 6,28.10-3 (Wb) - Suất điện động cảm ứng:   N  6, 28.103  100  6, 28(V) t 0,1 Truy cập trang http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Văn – Anh – Lý – Hóa – Sinh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất! - Dòng điện chạy cuộn dây là: I   6, 28   3(A) r 2,1 Câu Sau khoảng thời gian Δt, kim loại nằm ngang quay quanh trục thẳng đứng qua đầu quét diện tích : ΔS = πl2 nΔt với l độ dài n tốc độ quay kim loại Khi từ thơng qua diện tích quét ΔS có trị số   BS  B nt Áp dụng công thức định luật Fa – – ec   , ta xác định đượcđộ lớn t suất điện động cảm ứng xuất kim loại : |ec|=Bπl2 n Vì kim loại có hai đầu hở, nên suất điện động cảm ứng xuất hiệu điện hai đầu : |ec|= u = 1,0 mV Thay vào công thức trên, ta tìm tốc độ quay kim loại : n u B  1,0.103  6, vòng/giây 50.106.3,14.(100.102 ) Câu Ở vị trí ban đầu, vectơ cảm ứng từ B hợp với vectơ pháp tuyến n mặt phẳng khung dây góc α0 = 90° Khi khung dây quay quanh trục củanó đến vị trí cuối B hợp với n góc α = 0° Do đó, độ biến thiên từ thơng qua mặt phẳng khung dây dẫn khoảng thời gian Δt = 4,0s có trị số :     0  BScos0o  BScos90o  BS  Áp dụng công thức định luật Fa-ra-đây : ec    ta xác định trịsố suất điện động cảm t ứng khung dây dẫn: ec    BS 10.103.200.104    50V  t t 4,0 Dấu (-) công thức chứng tỏ ec trái dấu với  Vì khung dây dẫn quay đều, từ thông qua mặt tăng, nên  > ec< 0, tức suất điện động cảm ứng ec phải tạo dịng điện cảm ứng ic có chiều cho từ trường cảm ứng dòng ic chống lại tăng từ thông qua khung dây dẫn Như vậy, từ trường cảm ứng dòng ic phải ngược chiều với từ trường B Câu a) Sau khoảng thời gian Δt, đồng MN có độ dài l chuyển động tịnh tiến với vận tốc v dọc theo hai Truy cập trang http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Văn – Anh – Lý – Hóa – Sinh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất! đồng T1 T2, quét diện tích ΔS = lvΔt Khi từ thơng qua diện tích quét ΔS :   BS  B vt Áp dụng công thức định luật Fa-ra-đây : ec   ta xác định đượcđộ lớn suất điện động cảm t ứng xuất đồng MN : |ec| = Blv = 0,20.20 l0 -2.1,2 = 48 mV b) Vì từ thơng qua diện tích qt ΔS đồng MN ln tăng (  > 0), nên theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng ic chạy đồng MN phải theo chiều MNQP cho từ trường cảm ứng dòng ic ln ngược chiều với từ trường B để có tác dụng cản trở chuyển động đồng MN, chống lại tăng từ thơng qua diện tích quét ΔS Câu Từ thông qua ống dây dẫn gồm N vịng dây tính  = NBS Vì cảm ứng từ B tăng, nên từ thông  tăng theo cho :  = NSΔB Áp dụng công thức định luật Fa-ra-đây, ta xác định độ lớn suất điện động cảm ứng xuất ống dây dẫn : ec   B N S  1000.4,0.102.100.104  0, 40V t t Từ suy cường độ dòng điện cảm ứng chạy ống dây dẫn : ic  ec  R 0, 40  25mA 16 Áp dụng định luật Jun - Len-xơ, ta tính cơng suất nhiệt toả trongống dây dẫn : P = Ric2 = 16.(25.10-3)2 = 10mW Câu Trong khoảng thời gian Δt, từ thông qua cuộn dây dẫn biến thiên lượng :        NBS  NB d Áp dụng công thức định luật Fa – – đây: ec   , ta xác định đượcđộ lớn suất điện động t cảm ứng xuất cuộn dây dẫn ec  NBd 4t Các vịng cuộn dây dẫn có độ dài tổng cộng l = Nπd Vì mét dài dây dẫn có điện trở R0 = 0,5 Ω, nên điện trở cuộn dây dẫn tính : R = IR0 = NπdR0 Từ suy cường độ dòng điện Truy cập trang http://tuyensinh247.com/ để học Tốn – Văn – Anh – Lý – Hóa – Sinh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất! cảm ứng chạy cuộn dây dẫn : ec ic   R NBd Bd  NdR 4t 4R t Thay số, ta tìm : ic  1,0.103.20.102  10mA 4.0,50.10.103 Câu Áp dụng công thức định luật Fa-ra-đây độ lớn suất điện động cảm ứng xuất ống dây dẫn : ec  N  N B S  t t Thay S  d 3,14.(10)2 B   78,5cm ;  0,010T / s ta tìm được: 4 t |ec|=1000.0,010.78,5.10-4 = 78,5.10-3 a) Khi nối tụ điện với hai đầu ống dây dẫn, khơng có dịng điện chạy qua ống dây dẫn (i = 0), nên hai cực tụ điện có hiệu điện u = ec Do đó, lượng tụ điện tính theo cơng thức : W Cu Cec2 10.106.(78,5.103 )    3,08.108 J 2 b) Các vòng ống dây dẫn có độ dài tổng cộng l = Nπd, nên ống dâydẫn có điện trở : R  S0  Nd Khi nối đoản mạch hai đầu củaống dây dẫn, dịng điên ống dây dẫn có cường S0 độ i = ec/R Do đó, cơng suất toả nhiệt ống dây dẫn tính theo cơng thức : P  ec i c  ec2 e2S  c R Nd Thay số: P  (78,5.103 ) 0, 40.106  4, 48.103 W 1,75.108.1000.3,14.10.102 Truy cập trang http://tuyensinh247.com/ để học Toán – Văn – Anh – Lý – Hóa – Sinh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất! ... > ec< 0, tức suất điện động cảm ứng ec phải tạo dịng điện cảm ứng ic có chiều cho từ trường cảm ứng dòng ic chống lại tăng từ thông qua khung dây dẫn Như vậy, từ trường cảm ứng dòng ic phải ngược... Fa – – ec   , ta xác định đượcđộ lớn t suất điện động cảm ứng xuất kim loại : |ec|=Bπl2 n Vì kim loại có hai đầu hở, nên suất điện động cảm ứng xuất hiệu điện hai đầu : |ec|= u = 1,0 mV Thay... cảm ứng từ 0,20 T (Hình 24.1) Một đồng MN dài 20 cm đặt tựa vuông góc hai T1 T2, chuyển động tịnh tiến dọc theo hai với vận tốc không đổi u = 1,2 m/s Xác định : a) Độ lớn suất điện động cảm ứng