2.3.2 .Suất điện động cảmứng
2.3.2.2 .Suất điện động
2.3.3.1. Định luật Fa –ra – đây
*Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng chứng tỏ trong mạch có một suất điện động (s.đ.đ). Suất điện động ấy được gọi là suất điện động cảm ứng. Faraday đã nghiên cứu định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn của suất điện động cảm ứng. Ông đã khảo sát được suất điện động càng lớn nếu từ trường biến đổi càng nhanh, song suất điện động không chỉ tỉ lệ đơn giản vào sự biến thiên của từ trường mà chính xác là nó tỉ lệ với sự biến thiên từ thông gởi qua khung dây. Do vậy mà ban đầu, khi phân tích các kết quả thí nghiệm, Fa –ra -đây đã phát biểu như sau:
Một lực điện động sinh ra bởi cảm ứngkhi từ trường quanh vật d n điện thay đ i Độ lớn của lực điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với độ tha đ i của từ thơng qua vịng mạch điện.
31 Từ khái niệm từ thơng, có thể phát biểu
định luật Fa –ra -đây một cách định lượng: “Suất điện động cảm ứng luôn
bằng về trị số, nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông gởi qua vịng dây đó”
dΦ ε = -
dt
Trong hệ SI, suất điện động có đơn vị là
V (vơn), cịn tốc độ biến thiên của từ thông theo thời gian được đo bằng Wb/s. Nếu thay đổi từ thông qua cuộn dây có N vịng, mỗi vòng xuất hiện một suất
điện động cảm ứng, và các suất điện động cảm ứng này cộng vào nhau giống như các pin mắc nối tiếp. Nếu cuộn dây quấn chặt, từ thơng qua các vịng đều như nhau thì suất điện động cảm ứng trong cuộn dây là:
cu
dΦ ε = -N
dt
Biểu thức định lượng của suất điện động cảm ứng đối với trường hợp riêng của mạch điện kín cũng có thể tìm được dựa trên cơ sở của định luật bảo toàn năng
lượng.
Xét một mạch điện như hình bên, đoạn dây dẫn MN chuyển động được và tiếp xúc điện với hai thanh ray, và được đặt trong một từ trường B vng góc với mặt phẳng của mạch. Khi từ thơng qua mạch kín EFMN biến thiên thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng I và suất điện động. Thanh MN chịu tác dụng của lực Ampe sau thời gian dt sẽ dịch chuyển được một đoạn dx, như vậy công do lực Ampe thực hiện được sau thời gian dt là:
dA = Fadx = IBldx = IBdS = Id
Trong đó: Fa : là lực Ampe
I : dòng điện cảm ứng trong mạch l : chiều dài của thanh từ M đến N ldx : độ biến thiên diện tích dS của mạch
32 d : độ biến thiên từ thông qua mạch
Nếu điện trở của mạch là R, theo định luật Jun-Lenx, nhiệt lượng tỏa ra trong mạch sau thời gian dt sẽ là I2Rdt
Theo định luật bảo tồn năng lượng, cơng tồn phần do nguồn có suất điện động dùng để tỏa nhiệt Jun-Lenxơ và để dịch chuyển đoạn MN trong từ trường:
εIdt = I 2Rdt + I d (1) hay I = dΦ ε + - dt R (2)
Công thức (1) là định luật Ohm cho đoạn mạch. Trong cơng thức (2), ngồi biểu thức s.đ.đ cịn có thêm biểu thức của s.đ.đ cảm ứng
cu
ε =
dt d