Bài giảng Vật lý đại cương 1: Cảm ứng điện từ có cấu trúc gồm 3 phần cung cấp cho người học các kiến thức: Hiện tượng cảm ứng điện từ, hiện tượng tự cảm, năng lượng từ trường. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
CҦM ӬNG ĈIӊN TӮ HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ HiӋn tѭӧng tӵ cҧm Năng lѭӧng tӯ trѭӡng 1 HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Thí nghiӋm Faraday S N & v Michael Faraday (1791-1867) HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Thí nghiӋm Faraday & v & B thay ÿәi & B Michael Faraday (1791-1867) Tăng dҫn I & B' I HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Thí nghiӋm Faraday ) Dịng cҧm ӭng xuҩt hiӋn mҥch kín kӃt quҧ cӫa q trình biӃn ÿәi tӯ thơng qua mҥch ÿó ) Dòng cҧm ӭng chӍ tӗn tҥi thӡi gian tӯ thông gӱi qua mҥch thay ÿәi ) Cѭӡng ÿӝ dòng cҧm ӭng tӍ lӋ thuұn vӟi tӕc ÿӝ biӃn ÿәi cӫa tӯ thơng Michael Faraday (1791-1867) ) ChiӅu dịng cҧm ӭng phө thuӝc vào tӯ thông gӱi qua mҥch tăng hay giҧm HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Ĉӏnh luұt Lenz ) Nӝi dung: Dòng c̫m ͱng có chi͉u cho tͳ tr˱ͥng sinh ch͙ng l̩i s bi͇n thiên cͯa tͳ thông sinh ) Áp dөng: ª Khi cӵc Bҳc (N) tiӃn vào vịng dây tӯ thơng )m tӯ trѭӡng B cӫa nam châm gӱi qua cuӝn dây có chiӅu tӯ xuӕng tăng dҫn xuҩt hiӋn dòng cҧm ӭng IC tҥo B’ cҧm ӭng ngѭӧc chiӅu B tӯ thông )’m cӫa B’ chӕng lҥi sӵ tăng cӫa )m xác ÿӏnh chiӅu Ic ª Rút nam khӓi vòng dây hiӋn tѭӧng ngѭӧc lҥi Heinrich Lenz (1804-1865) HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Sӭc ÿiӋn ÿӝng cҧm ӭng ) Ĉӏnh luұt cѫ bҧn cӫa hiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ ª Vịng dây dүn kín di chuyӇn B ª BiӃn thiên tӯ thơng gӱi qua vịng dây thӡi gian dt: d)m dòng cҧm ӭng Ic xuҩt hiӋn mӝt nguӗn ÿiӋn cҧm ӭng hay s.ÿ.ÿ cҧm ӭng Ec ª Cơng cӫa tӯ lӵc ÿӇ di chuyӇn vịng dây: dA = Ic d)m ª Theo ÿ/l Lenz: tӯ lӵc tác dөng lên Ic ngăn cҧn sӵ di chuyӇn cӫa vịng dây (là ngun nhân sinh Ic) cơng cҧn: dA’ = - dA = - Ic d)m HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Sӭc ÿiӋn ÿӝng cҧm ӭng ) Ĉӏnh luұt cѫ bҧn cӫa hiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ ª Theo ÿ/l bҧo tồn lѭӧng: dA’ chuyӇn thành NL cӫa Ic dA’ = -Ic d)m = Ec.Ic.dt (NL cӫa Ic) E C ª Sͱc d) m dt ÿi͏n ÿ͡ng c̫m ͱng m͡t m̩ch kín b̭t kǤ b̹ng v͉ tr͓ s͙ nh˱ng khác ḓu vͣi t͙c ÿ͡ thay ÿ͝i cͯa tͳ thông qua m̩ch ) Ĉӏnh nghƭa ÿѫn vӏ tӯ thơng ª NӃu tӯ thơng gӱi qua diӋn tích mҥch kín giҧm tӯ giá trӏ )m vӅ 0: EC ª Vӟi d) m dt )m 't )m )m =Ec 't 't 't = s, Ec = V )m = (V) (s) = Webe (Wb) ª Webe tͳ thơng gây m͡t vịng dây d̳n bao quanh m͡t sͱc ÿi͏n ÿ͡ng c̫m ͱng b̹ng V tͳ thơng ÿó gi̫m ÿ͉u xu͙ng giá tr͓ thͥi gian s HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Máy phát ÿiӋn xoay chiӅu ) Khung dây (N vịng dây) diӋn tích S& quay tӯ trѭӡng ÿӅu (B const ) vӟi vұn tӕc góc Z IC ª Vӏ trí ban ÿҫu cӫa khung tѭѫng ӭng góc D giӳa& pháp & tuyӃn mһt phҷng khung n B ~ ª Sau khoҧng thӡi gian t vӏ trí khung ӭng vӟi góc: M = Zt + D ) Tӯ thông gӱi qua khung sau khoҧng thӡi gian t: )m = N.B.S.cosM = N.B.S.cos(Zt+D) & n O& & Z D B Chәi than Cә góp HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Máy phát ÿiӋn xoay chiӅu ) Khi khung quay ÿӅu tӯ trѭӡng xuҩt hiӋn s.ÿ.ÿ cҧm ӭng xoay chiӅu hình sin theo ÿ/l Lenz: EC dĭm dt V͓ trí khung dây tͳ tr˱ͥng B )m ,Ec, EC NB.S.ȦB.S.Ȧt )m = NB.S.cosZt N.B.S Z sin Zt D ª Ĉһt Ecmax = N.B.S.Z E C E c max sin Ȧt Į ª Chu kǤ = chu kǤ quay cӫa khung: T ) Dòng cҧm ӭng I c EC R Ĉһt: I c max NBSȦ sin Ȧt R NBSȦ R I0 2ʌ Ȧ Ic = I0.sinZt HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Dịng xốy (dịng Foucault/ eddy current) ) Dịng cҧm ӭng (có dҥng xốy) xuҩt hiӋn bӅ mһt vұt dүn ÿһt tӯ trѭӡng: EC ) HӋ quҧ: IF R ª Xuҩt hiӋn tӯ trѭӡng riêng cӫa dịng cҧm ӭng IF ª Dịng cҧm ӭng xuҩt hiӋn bӅ mһt vұt dүn sӁ bӏ tiêu tán dѭӟi dҥng nhiӋt tiêu hao lѭӧng vô ích giҧm hiӋu suҩt thiӃt bӏ (ÿһc biӋt vӟi ÿӝng cѫ) Léon Foucault (1819-1868) Cuӝn dây Dịng xốy Tӯ trѭӡng cuӝn dây Tӯ trѭӡng dịng xốy Vұt dүn 10 HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Dịng xốy (dịng Foucault/ eddy current) ) Do có tӯ trѭӡng cӫa dòng cҧm ӭng xuҩt hiӋn bӅ mһt vұt dүn ӭng dөng thiӃt bӏ dị tìm kim loҥi Báo ÿӝng Dòng tҥo tӯ trѭӡng Dòng cҧm ӭng tӯ trѭӡng dịng xốy Dịng xốy Cuӝn phát Cuӝn thu Cӱa an ninh (security gate) Dịng xốy ThiӃt bӏ dị mìn (mine detector) 11 HiӋn tѭӧng tӵ cҧm HiӋn tѭӧng ) Mҥch ÿiӋn: + ӕng dây có lõi sҳt + ĈiӋn kӃ (G) ª Ngҳt mҥch tӯ thông qua cuӝn dây giҧm tӯ )m o 0: Xuҩt hiӋn dòng cҧm ӭng Ic ngѭӧc chiӇu dòng ban ÿҫu (ÿ/l Lenz) kim cӫa G lӋch theo chiӅu ngѭӧc lҥi I Ic G G G K ª Sau khoҧng thӡi gian t kim G trӣ vӅ ª Ĉóng mҥch q trình ngѭӧc lҥi ª Dịng t c̫m: dòng ÿi͏n sinh m͡t m̩ch ÿi͏n tͳ thơng g͵i qua m̩ch bͧi dịng ÿi͏n cͯa m̩ch ÿó thay ÿ͝i 12 HiӋn tѭӧng tӵ cҧm S.ÿ.ÿ tӵ cҧm ) Theo ÿ/l Lenz: E tc Do: ) ma B BaI d) m dt )m a I = L.I ) Ĉ/v mҥch ÿӭng yên giӳ nguyên hình dҥng: E tc d ( LI ) dt dI (L: HӋ sӕ tӵ cҧm) L dt ª Trong m̩ch ÿi͏n ÿͱng n khơng thay ÿ͝i hình d̩ng, sͱc ÿi͏n ÿ͡ng t c̫m b̹ng t͙c ÿ͡ bi͇n thiên c˱ͥng ÿ͡ dòng ÿi͏n m̩ch 13 HiӋn tѭӧng tӵ cҧm HӋ sӕ tӵ cҧm ) Ĉӏnh nghƭa ÿѫn vӏ ÿo hӋ sӕ tӵ cҧm (L) ª Ĉ˯n v͓ : Henry (H), 1H 1Wb 1A Wb A ª H h͏ s͙ t c̫m cͯa m̩ch kín, có dịng ÿi͏n c˱ͥng ÿ͡ A ch̩y qua m̩ch ÿó sinh chân khơng, tͳ thơng b̹ng Wb ) Trѭӡng hӧp ӕng dây có lõi sҳt: ĭ N.B.S PP0 N S.I L I I I.l N g n ò v l S PP0 N2 S l ª Do P lõi sҳt lӟn ÿѫn vӏ H lӟn thӵc tӃ chӍ dùng ÿѫn vӏ mH = 10-3 H, hoһc 1PH = 10-6 H 14 HiӋn tѭӧng tӵ cҧm HiӋu ӭng bӅ mһt ) Khi cho dòng ÿiӋn cao tҫn chҥy qua dây dүn dòng tӵ cҧm chӍ xuҩt hiӋn ӣ bӅ mһt dây dүn & B ª Tҫn sӕ f = 103 Hz dòng tӵ cҧm chҥy lӟp vұt liӋu bӅ mһt ~ mm ª Tҫn sӕ f = 105 Hz dòng tӵ cҧm chӍ chҥy lӟp vұt liӋu bӅ mһt ~ 0,2 mm ) Ӭng dөng cơng nghӋ: ª Dùng dây dүn rӛng ÿӇ tҧi dịng cao tҫn ª Kӻ thuұt tơi bӅ mһt hӧp kim bҵng dòng cao tҫn 15 Ưng dụng tượng hỗ cảm Năng lѭӧng tӯ trѭӡng Năng lѭӧng tӯ trѭӡng cӫa mӝt ӕng dây ) Mҥch ÿiӋn có khóa K: + Sӭc ÿiӋn ÿӝng E, dịng i0 KK + Ӕng dây hӋ sӕ tӵ cҧm L + ĈiӋn trӣ R ª Khi ÿóng mҥch i n B & )m gӱi qua L n itc ngѭӧc chiӅu i0 i = i0 - itc NL nguӗn (~ i02) > NL mҥch (~ i2) i0 itc ª Khi ngҳt mҥch i p B & )m gӱi qua L p itc chiӅu i0 i = i0 + itc NL nguӗn (~ i02) < NL mҥch (~ i2) i0 16 Năng lѭӧng tӯ trѭӡng Năng lѭӧng tӯ trѭӡng cӫa mӝt ӕng dây ) Áp dөng ÿ/l Ohm trình hình thành dịng ÿiӋn i: E + Etc = R.i di Hay: E R.i L dt ª Nhân vӃ vӟi idt: E idt = R.i2dt + L.i.di NL nguӗn NL nhiӋt NL tӯ trѭӡng ª NL tӯ trѭӡng thiӃt lұp dòng ÿiӋn ӕng dây: dW = L.i.di i I W ³ dW ³ L.i.di i L.I 2 17 Năng lѭӧng tӯ trѭӡng Mұt ÿӝ lѭӧng tӯ trѭӡng l ) Trong ӕng dây có thӇ tích: V = l.S ª Mұt ÿӝ NL tӯ trѭӡng ӕng dây: wm W V L.I 2 l.S n2 ȝȝ0 I l n B ȝȝ0 I l 1§ n2 S Ã ăă áá I 2â l l.S wm B2 (trong ӕng dây: B = const) ȝȝ0 ª Áp dөng cho mӑi tӯ trѭӡng bҩt kǤ 18 Năng lѭӧng tӯ trѭӡng Năng lѭӧng tӯ trѭӡng không gian ) Chia không gian tӯ trѭӡng thành nhӳng thӇ tích vơ nhӓ dV cho B = const mӛi dV ª Năng lѭӧng tӯ trѭӡng mӛi thӇ tích dV: B2 dWm wm dV dV PP ª Năng lѭӧng tӯ trѭӡng cҧ không gian: Wm ³ dW m V H B2 ³V PP0 dV B PP Wm BHdV ³ 2V 19 ... dây: dA = Ic d)m ª Theo ÿ/l Lenz: tӯ lӵc tác dөng lên Ic ngăn cҧn sӵ di chuyӇn cӫa vòng dây (là nguyên nhân sinh Ic) công cҧn: dA’ = - dA = - Ic d)m HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Sӭc ÿiӋn ÿӝng... Thí nghiӋm Faraday S N & v Michael Faraday (179 1-1 867) HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn tӯ Thí nghiӋm Faraday & v & B thay ÿәi & B Michael Faraday (179 1-1 867) Tăng dҫn I & B' I HiӋn tѭӧng cҧm ӭng ÿiӋn... ò v l S PP0 N2 S l ª Do P lõi sҳt lӟn ÿѫn vӏ H lӟn thӵc tӃ chӍ dùng ÿѫn vӏ mH = 1 0-3 H, hoһc 1PH = 1 0-6 H 14 HiӋn tѭӧng tӵ cҧm HiӋu ӭng bӅ mһt ) Khi cho dòng ÿiӋn cao tҫn chҥy qua dây dүn