2. Vectơ cờng độ từ trờn gH
3.1. Sức điện động cảm ứng từ khi từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên
động, sức điện động ấy có chiều sao cho dòng điện đó sinh ra có xu hớng chống lại sự biến thiên của từ thông.
Nếu chọn chiều dơng của sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông theo qui tắc vặn nút chai(hình 2.11) sức điện động cảm ứng trong một vòng dây đợc viết theo công thức Macxoen nh sau:
e = -
dt d
(2-7)
Dấu trên hình 2.11 chỉ chiều từ thông di từ độc giả vào trang giấy. Nếu cuộn dây có W vòng dây, sức điện động cảm ứng của cuộn dây sẽ là: e = - dt d dt d W Ư (2-8) Trong đó W Ư (2-9)
gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây.
Trong các công thức trên từ thông đo bằng vebe (Wb), sức điện động cảm ứng đo bằng vôn(V).
Ví dụ 4: Hãy xác định trị số và chiều sức
điện động cảm ứng khi lõi sắt chuyển động hớng
vào cuộn dây ( Hình 2.12). Cho biết cuộn dây có
200 vòng và tốc độ biến thiên từ thông xuyên qua
mỗi vòng dây bằng 0,5
s Wb
Lời giải:
Chiều từ thông và chiều dơng sức điện đọng cảm ứng vẽ trên hình 2.12. Khi lõi sắt tiến vào giữa hai cực của nam châm vĩnh cửu, từ thông xuyên qua vòng dây tăng, lợng biến thiên từ thông d > 0, dt
d = 0,5 Sức điện động cảm ứng: e = -W dt d = -200.0,5 = -100V
Sức điện động e < 0 ngiã là chiều sức điện động cảm ứng ngợc với chiều dơng đã chọn trên hình 2.12.
Ví dụ 5:
Một cuộn dây 10 vòng
hình chữ nhật quay trong từ tr- ờng
của một nam châm (hình
2.13). Biết rằng vòng dây quay với
tốc độ góc
s rad
314 và sau thời
gian t từ thông xuyên qua vòng dây
là: tWb 314 cos 004 , 0
Tính sức điện động cảm ứng trong cuộn dây.
Lời giải:
Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây e = -W dt d =-10 dt t d(0,004cos314)= 12,56 sin 314t V
Khi một thanh dẫn chuyển động cắt đờng sức từ trờng, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động e có giá trị số là:
e = Blvsin (2.10)
Trong đó:
B - Cờng độ từ cảm đo bằng T
l- Chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (phần thanh dẫn nằm trong từ trờng ) đo bằng m.
v - Vận tốc của thanh dẫn đo bằng m/s.
- Góc giữa chiều vận tốc với chiều từ trờng = (v,B)
Khi chiều chuyển động vuông góc với chiều từ trờng (thờng gặp trong máy điện, = 900) thì sức điện động cảm ứng là:
e = Blv (2.11)
Chiều của sức điện động cảm ứng đợc xác
định theo qui tắc bàn tay phải đợc phát biểu nh
sau:
Cho đờng sức từ trờng đi vào lòng bàn tay
phải, chiều chuyển động của thanh dẫn theo
chiều ngón tay cái xoè ra, thì chiều bốn ngón tay còn lại là chiều của sức điện động cảm ứng
(hình 2.14)
Khi thanh dẫn chuyển động song song với
phơng từ trờng trong thanh dẫn sẽ không có sức điện động cảm ứng.
Ví dụ 6: Một thanh dẫn ab chiều dài l = 0,5 m (hình 2.15) nằm trong từ trờng đều B = 1,4 T. Ngời ta tác dụng một lực cơ học Fcơ làm cho nó chuyển động với vận tốc v = 20
s m
thẳng góc với phơng từ trờng. Thanh dẫn trợt trên hai thanh kim loại và hai đầu thanh kim loại nối với điện trở
R = 0,5 làm thành một vòng kín. Coi điện trở của thanh kim loại rất nhỏ và bỏ qua.
Tính sức điện động cảm ứng trong thanh dẫn, công suất điện trở tiêu thụ, công suất cơ và lực cơ học tác dụng vào thanh dẫn
e = Blv = 1,4.0,5.20 = 14V
Dòng điện chạy qua điện trở R I = R e = 28A 5 , 0 14
Công suất điện trở tiêu thụ Pđ = RI2 = 0,5 . 282 = 392 W
Bỏ qua tổn hao trong hệ thống, theo định luật bảo toàn năng lợng công suất cơ tác
dụng vào dây dẫn phải bằng công suất điện phát ra cung cấp cho điện trở R Vậy: công suất cơ: Pcơ = Pđ = 392W
Lực cơ học tác dụng vào thanh dẫn là: Fcơ = v Pco = 20 392= 19,6N
Đây là một ví dụ đơn giản, giúp ta hiểu nguyên lý làm việc của các máy phát điện là: Nhờ từ trờng, cơ năng đa vào trục của máy phát điện đợc biến đổi thành điện năng lấy ra ở dây quấn của máy phát để cung cấp cho tải.
3.5. Lực điện từ.
Khi thanh dẫn mang dòng điện nằm trong từ trờng, thanh dẫn sẽ chịu lực điện từ tác dụng có trị số là:
Fđt = BIl sin (2-12)
- Góc giữa chiều dòng điện và chiều từ trờng =(IB) Fđt = Lực điện từ đo bằng N (niutơn).
Khi thanh dẫn đặt vuông góc với từ trờng (là trờng hợp thờng gặp trong máy điện, = 900) lực điện từ là:
Fđt = BIl (2-13)
Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái(hình 2.16) nh sau: cho chiều đờng sức từ trờng xuyên vào lòng bàn tay trái, chiều dòng điện trùng với chiều 4 ngón tay, thì chiều ngón tay cái xoè ra là chiều lực điện từ Fđt.
Ví dụ 7: Một thanh dẫn l = 2m có dòng điện I = 150mA chạy qua, đặt vuông góc với từ trờng đều B = 1,2T. Chiều dòng điện đi từ độc giả vào trang giấy (hình 2.17).
Tính trị số và chiều lực điện từ tác dụng lên thanh dẫn.
Lời giải:
Trị số của lực điện từ
Fđt= BIl = 1,2.0,15.2 = 0,36N
áp dụng qui tắc bàn tay trái ta xác định đợc chiều lực điện từ hớng xuống dới.
Ví dụ 8: Xác định trị số và chiều của lực điện từ Fđt tác dụng lên thanh dẫn trong ví dụ 6.
Lời giải:
Lực diện từ tác dụng lên thanh dẫn: Fđt = BIl = 1,4.28.0,5 = 19,6N
Chiều của lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái vẽ trên hình 2.15
Ta thấy rằng trong ví dụ 6 thanh dẫn đóng vai trò phát điện, lực điện từ Fđt có tác dụng hãm (hình 2.15) cân bằng với lực cơ tác dụng vào thanh, nhờ đó thanh dẫn chuyển động với vận tốc v không đổi.