Chuyên đề hiện tượng cảm ứng điện từ và ứng dụng thực tế - Vật lý 11

Chuyên đề hiện tượng cảm ứng điện từ và ứng dụng thực tế - Vật lý 11

Cảm ứng điện từ cũng là một phần khá phổ biến và hay gặp trong các đề thi Vật lý đặc biệt là dành cho học sinh lớp 11. Nắm bắt được nhu cầu đó, cunghocvui xin gửi đến bạn lý thuyết về hiện tượng này và các định luật liên quan. Mời các bạn cùng theo dõi bài viết dưới đây!

I. Định nghĩa về hiện tượng cảm ứng điện từ

Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? Là hiện tượng hình thành một suất điện động (điện áp) trên một vật dẫn khi vật dẫn đó được đặt trong một từ trường biến thiên. Năm 1831, Michael Faraday đã chứng tỏ bằng thực nghiệm rằng từ trường có thể sinh ra dòng điện. Thực vậy, khi cho từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi thì trong mạch xuất hiện một dòng điện.

Hiện tượng này được hiểu là hiện tượng khi từ thông qua khung dây dẫn biến thiên sinh ra một dóng điện cảm ứng. Khi mạch điện biến thiên thì mới có dòng điện xảy ra.

Từ thông là một đại lượng quan trọng với bề mặt diện rích S. Công thức tính từ thông như sau: \(Φ=BScosα\)

Công thức liên quan:

• Bài 20. Lực từ - Cảm ứng từ

• Bài 5. Xác suất và biến cố

II. Các định luật cảm ứng điện từ

• Định luật Lenz:

Nội dung: Dòng điện cảm ứng sinh ra trong mạch kín có chiều sao cho từ thông cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín. Suất điện động cảm ứng hoặt động theo nguyên lý, được sinh ra dòng điện cảm ứngcủa mạch điện kín khi hxảy ra cảm ứng từ. Từ thông gửi qua vòng dây đỏ thay đổi khi dịch chuyển nó trong từ trường.

Công của từ lực tác dụng lên dòng điện cảm ứng là công cản có giá trị: \({\displaystyle dA'=-I_{c}.d{\phi _{m}}\,}\)

• Định luật Faraday

Thực hiện thí nghiệm: Lấy một cuộn dây và mắc nối tiếp nó với một điện kế G thành một mạch kín. Phía trên ống dây đặt một thanh nam châm 2 cực Bắc-Nam. 

Từ các thí nghiệm đó, Faraday đã rút ra những kết luận sau đây:

- Từ thông gửi qua mạch kín biến đổi theo thời gian là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó.

- Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi của từ thông.

- Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của từ thông gửi qua mạch. "Suất điện động cảm ứng luôn luôn bằng về trị số, nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông gửi qua diện tích của mạch điện."

- Suất điện động tỷ lệ thuận với từ thông đi qua mạch kín đó.

Công thức định luật: \(e_t= -N\dfrac{ \Delta \phi}{\Delta t}\).

III. Bài tập cảm ứng điện từ

Bài 1: S = 5cm2 là diện tích mặt phẳng được đặt trong từ trường với B = 0,1T. góc tạo bởi mặt phẳng S với véc tơ B một góc a = 30o.

Từ thông đi qua S là?

Bài 2: Cho bán kinh r =10cm của dây dẫn, điện trở R=0,2ΩR=0,2Ω tạo ra một góc 30o so với vecto B với B= 0,02T. Suất điện động cảm ứng từ là, độ lớn và chiều cuất hiện trong vòng dây nếu trong thời gian 0,01s của từ trường cảm ứng khi

a. bị giảm từ B xuống 0

b. tăng từ 0 lên B

IV. Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ

Một ứng dụng quan trọng của hiện tượng cảm ứng điện từ là tạo ra dòng điện xoay chiều. Thực chất của quá trình này là biến đổi cơ năng thành điện năng.

Xét một khung dây dẫn gồm nhiều vòng quay trong một từ trường đều \({\displaystyle {\vec {B}}={\vec {const}}\,}\) với vận tốc góc không đổi \({\displaystyle \omega =const\,}\). Ta sẽ phải tốn một công để làm quay khung và nhận được điện năng của dòng điện cảm ứng chạy trong khung đó. Để dẫn được dòng điện ra ngoài, ta nối 2 đầu dây của khung với 2 hình trụ dẫn cách điện với nhau và cùng gắn với trục quay khung, sau đó dùng 2 chổi than tì vào 2 hình trụ đó để nối khung dây với mạch tiêu thụ ngoài.

Giả sử ban đầu t = 0 pháp tuyến \({\displaystyle {\vec {n}}}\) của mặt khung tạo với \( {\displaystyle {\vec {B}}}\) một góc a. Như vậy sau thời gian t, góc đó thay đổi thành \({\displaystyle \varphi =\omega t+a\,}\). Khi đó từ thông gửi qua khung là:

\({\displaystyle \phi _{m}=nBS\cos({\omega t+a})\,}\)

Trong đó n là tổng số vòng dây của khung, S là diện tích khung

Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung theo định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ là:

\({\displaystyle \xi _{c}=\xi _{cmax}\sin({\omega t+a})\,}\)

Vậy khi cho khung quay đều trong từ trường đều, ta được một suất điện động xoay chiều hình sin, có chu kì là chu kì quay của khung:

\({\displaystyle T={2\pi \ \over \omega }\,}\)

Với những kiến thức tổng hợp trên hy vọng rằng nó đã giúp bạn giải đáp phần nào cách làm dạng bài này. Để học tập thật tốt hãy đầu tư thời gian vào làm bài cũng như trau dồi các kiến thức hơn nhé. Chúng tôi tin chắc rằng chúng sẽ không làm khó được bạn. Chúc các bạn thành công!