TỪ THÔNG-CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

​ BÀI 23. TỪ THÔNG-CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Từ thông

+ Từ thông là thông lượng đường sức từ qua một diện tích (cho biết số đường sức từ xuyên qua một đơn vị diện tích).

+ Công thức: \(\Phi =NBS\cos \alpha .\)

Trong đó \(\Phi\) : từ thông qua mạch.

N: số vòng dây.

B: độ lớn cảm ứng từ gửi qua mạch [T].

S: diện tích của mạch \(\left[ {{m}^{2}} \right].\)

α: góc hợp bởi cảm ứng từ \(\vec{B}\) và pháp tuyến \(\vec{n}\) của mạch kín, \(\alpha =\left( \vec{B},\vec{n} \right).\)

+ Đơn vị đo từ thông trong hệ SI là vêbe, kí hiệu là Wb (1Wb = 1T.m2).

2. Hiện tượng cảm ứng điện từ. Dòng điện cảm ứng

+ Mỗi khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì mạch kín xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng, hiện tượng này gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên. Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín là suất điện động cảm ứng.

3. Chiều của dòng điện cảm ứng. Định luật Len-xơ

+ Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.

⇒ Định luật Len-xơ cho phép ta xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín.

4. Dòng điện Fu-cô

+ Khi một khối kim loại chuyển động trong một từ trường hoặc được đặt trong một từ trường biến thiên thì trong khối kim loại xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là dòng điện Fu−cô.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Dạng 1. Từ thông.

+ Từ thông qua khung dây gồm N vòng dây là: \(\Phi =NBS\cos \alpha .\)

+ Khi tính toán cần lưu ý:

⇒ S là diện tích khung dây, cần đổi về đơn vị chuẩn là mét vuông (m2), ta bám vào điều cơ bản quen thuộc \(1\,m=10\,dm=100\,cm=1000\,mm\) rồi bình phương ta được:

\({{1}^{2}}{{m}^{2}}={{\left( 10 \right)}^{2}}d{{m}^{2}}={{\left( 100 \right)}^{2}}c{{m}^{2}}={{\left( 1000 \right)}^{2}}m{{m}^{2}}\Rightarrow 1\,{{m}^{2}}={{10}^{2}}d{{m}^{2}}={{10}^{4}}c{{m}^{2}}={{10}^{6}}m{{m}^{2}}.\)

Chẳng hạn cần đổi 5 cm2 về đơn vị m2 thì ta viết: 5 cm2 = 5.10-4 m2.

• \(\alpha =\left( \vec{B},\vec{n} \right);\) tùy thuộc vào góc α mà từ thông \(\Phi\) có thể có giá trị âm hoặc dương.
• N là số vòng của khung dây.

Dạng 2. Vận dụng định luật Len-xơ xác định chiều dòng điện cảm ứng.

+ Khi từ thông qua một mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch (C) xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Để có thể thay đổi từ thông qua mạch, người ta thay đổi độ lớn B của từ trường, thay đổi diện tích S của khung dây hoặc thay đổi góc α.

+ Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường của nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó.

+ Khi làm bài, để tìm chiều dòng điện cảm ứng ta cần vận dụng định luật Len-xơ và quy tắc nắm tay phải theo các bước sau:

+ Xác định chiều vectơ cảm ứng từ ban đầu \(\vec{B}\) xuyên qua mạch.

+ Xét từ thông qua mạch Φ = NBScosα có xu hướng tăng hay giảm

• Nếu Φ tăng thì \({{\vec{B}}_{C}}\) ngược chiều \(\vec{B}\).
• Nếu Φ giảm thì \({{\vec{B}}_{C}}\) cùng chiều \(\vec{B}\).

+ Sau khi các định chiều của \({{\vec{B}}_{C}}\), ta xác định được chiều của dòng điện cảm ứng iC thông qua quy tắc nắm tay phải.

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 143 SGK Vật Lí 11):

Hãy giải thích sự biến thiên từ thông qua mạch kín (C) trong từng thí nghiệm ở hình 23.3.

Trả lời:

Thí nghiệm 1 (Hình 23.3a): Khi ta đưa nam châm dịch chuyển lại gần vòng dây (C) thì số lượng đường sức từ xuyên qua vòng dây (C) tăng lên làm cho từ thông tăng.

Thí nghiệm 2 (Hình 23.3b): Khi ta đưa nam châm dịch chuyển ra xa vòng dây (C) thì số lượng đường sức từ xuyên qua vòng dây (C) giảm xuống làm cho từ thông giảm.

Trả lời:

+ Ở hình 23.4a) thí nghiệm Fa-ra-đây gồm có:

– Một ống dây (1) có điện kế G tạo thành mạch kín.

– 1 ống dây (2) nối với nguồn điện và khóa K.

+ Mô tả thí nghiệm

– Khi K ngắt, kim điện kế G không bị lệch.

– Khi đóng khóa K, kim điện kế G bị lệch chứng tỏ trong ống dây (1) có dòng điện.

+ Giải thích hiện tượng

– Khi K ngắt, ống dây (2) không có dòng điện chạy qua. Không có sự biến thiên từ thông qua ống dây (1) nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng. Kim điện kế không lệch.

– Khi đóng khóa K, ống dây (2) có dòng điện chạy qua trở thành một nam châm điện gây ra một từ trường xuyên qua ống dây (1). Từ thông qua ống dây (1) tăng (từ giá trị không khi K mở) làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong ống dây (1) để chống lại sự biến thiên từ thông qua nó. Kim điện kế lệch.

+ Ở hình 23.4b) thí nghiệm Fa-ra-đây gồm có:

– 1 ống dây (1) có điện kế G tạo thành một mạch kín.

– 1 ống dây (2) nối với nguồn điện và một biến trở và trở thành một nam châm điện.

+ Mô tả thí nghiệm:

– Khi chưa dịch chuyển con chạy của biến trở, kim điện kế G không bị lệch.

– Dịch chuyển con chạy của biến trở, kim điện kế G bị lệch chứng tỏ trong ống dây (1) có dòng điện.

+ Giải thích hiện tượng

– Khi chưa dịch chuyển con chạy, cường độ dòng điện trong ống dây không đổi nên từ thông qua ống dây (1) không đổi nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng. Kim điện kế không lệch.

– Khi bắt đầu dịch chuyển con chạy trên biến trở, điện trở biến trở thay đổi làm cường độ dòng điện qua ống dây (2) biến đổi, làm cho từ trường của nam châm điện này thay đổi dẫn đến từ thông xuyên qua ống dây (1) để chống lại sự biến thiên từ thông này. Kim điện kế lệch.

Bài 1 (trang 147 SGK Vật Lí 11):

Phát biểu các định nghĩa:

– Dòng điện cảm ứng.

– Hiện tượng cảm ứng điện từ.

– Từ trường cảm ứng.

Lời giải:

+ Dòng điện cảm ứng: Dòng điện cảm ứng là dòng điện xuất hiện trong một khung dây dẫn kín trong từ trường khi từ thông gửi qua khung dây bị biến thiên và có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó.

+ Hiện tượng cảm ứng điện từ: mỗi khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì mạch kín xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng, hiện tượng này gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

+ Từ trường cảm ứng

– Từ trường cảm ứng là từ trường sinh ra bởi dòng điện cảm ứng và có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Tức là chống lại sự biến thiên của từ thông gửi qua mạch kín mang dòng điện cảm ứng.

– Nếu sự biến thiên của từ thông này là do sự chuyển động của khung dây thì từ trường cảm ứng sẽ sinh ra lực từ chống lại sự chuyển động đó.

Bài 2 (trang 147 SGK Vật Lí 11):

Dòng điện Fu-cô là gì?

Lời giải:

Khi một khối kim loại chuyển động trong một từ trường hoặc được đặt trong một từ trường biến thiên thì trong khối kim loại xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là dòng điện Fu−cô.

Bài 3 (trang 147 SGK Vật Lí 11):

Mạch kín (C) không biến dạng trong từ trường đều \(\vec{B}.\) Hỏi trường hợp nào dưới đây, từ thông qua mạch biến thiên?

A. (C) chuyển động tịnh tiến.

B. (C) chuyển động quay xung quanh một trục cố định vuông góc với mặt phẳng chứa mạch.

C. (C) chuyển động trong một mặt phẳng vuông góc với \(\vec{B}.\)

D. (C) quay xung quanh trục cố định nằm trong mặt phẳng chứa mạch và trục này không song song với đường sức từ.

Lời giải: Chọn D.

+ (C) quay xung quanh trục cố định nằm trong mặt phẳng chứa mạch và trục này không song song với đường sức từ thì khi đó góc a hợp bởi \(\vec{B}\) và pháp tuyến \(\vec{n}\) của mặt phẳng khung dây thay đổi làm từ thông qua mạch biến thiên.

Bài 4 (trang 147 SGK Vật Lí 11):

Mạch kín tròn (C) nằm trong cùng mặt phẳng P với dòng điện thẳng I (hình 23.8). Hỏi trường hợp nào dưới đây, từ thông qua (C) biến thiên?

A. (C) dịch chuyển trong P lại gần I hoặc ra xa I.

B. (C) dịch chuyển trong P với vận tốc song song với dòng I.

C. (C) cố định, dây dẫn thẳng mang dòng I chuyển động tịnh tiến dọc theo chính nó.

D. (C) quay xung quanh dòng điện thẳng I.

Lời giải: Chọn A.

+ Từ trường do dòng điện thẳng gây ra là \(B={{2.10}^{-7}}.\frac{I}{r}\Rightarrow B\sim \frac{1}{r}\)

Þ Khi dịch chuyển vòng dây (C) lại gần hoặc ra ra I thì khoảng cách r thay đổi dẫn đến từ trường qua khung dây thay đổi làm từ thông biến thiên.

a) Nam châm chuyển động ra xa (C): Khi nam châm chuyển động ra xa (C) thì từ thông qua (C) giảm, nên từ trường cảm ứng \({{\vec{B}}_{C}}\) cùng chiều từ trường ban đầu \(\vec{B}\). Dùng quy tắc “vào nam ra bắc” ta tìm được chiều của dòng điện cảm ứng như hình.

b) Mạch (C) chuyển động tịnh tiến (hình 25.9b): Khi mạch (C) chuyển động tịnh tiến gần nam châm thì từ thông qua (C) tăng, nên \({{\vec{B}}_{C}}\) ngược chiều \(\vec{B}\). Dùng quy tắc “vào nam ra bắc” ta tìm được chiều của dòng điện như hình.

c) Mạch (C) quay (hình 23.9c): Khi mạch (C) quay như hình 23.2c, thì từ thông qua (C) không biến thiên, nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng.

d) Nam châm quay liên tục(hình 23.9d)

​Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 11 bài Từ thông, cảm ứng điện từ do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ