- Trang Chủ
- Vật lý
- Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 10: Hiện tượng cảm ứng điện từ
Xem mẫu
- CHƯƠNG X
HIỆN TƯỢNG
CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
- I.Cảm ứng điện từ:
1. Hiện tượng cảm ứng ĐT:
Khi từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi thì
trong mạch xuất hiện một dòng điện. Dòng điện
đó gọi là dòng điện cảm ứng. Và hiện tượng trên
được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
2. Định luật Faraday: 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.
d
dt
- 3. Định luật Lenz:
Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ
trường do nó sinh ra chống lại nguyên nhân đã
sinh ra nó.
4. Suất điện cảm ứng xuất hiện trong thanh dẫn
chuyển động trong từ trường.
d
dt
d là từ thông gửi qua diện tích quét bởi thanh
trong thời gian dt
- 4. Suất điện động cảm ứng trong thanh dẫn chuyển
động trong từ trường _
B ●
Lực tác dụng lên điện tích
q trong
thanh dẫn với vận tốc v trong từ trường B: FL v
+
FL q v B
Nhờ có lực này các hạt mang điện tự do trong
thanh dẫn (với thanh dẫn kim loại thì chỉ có các
electron dịch chuyển), ở hai đầu thanh sẽ xuất
hiện các điện tích trái dấu, do đó giữa hai đầu
thanh có một hiệu điện thế.
- Nếu là mạch kín thì sẽ có sự chuyển động của các
điện tích trong mạch tạo nên dòng điện, nghĩa là
trong mạch xuất hiện s.đ.đ.
Sự xuất hiện hiệu điện thế ở hai đầu thanh dẫn
(mạch hở) cũng như xuất hiện s.đ.đ trong mạch
kín chứng tỏ bên trong thanh dẫn có tồn tại một
trường lực lạ ; trong trường hợp này bản chất
lực tác dụng của trường lạ chính là lực từ, còn
vecơ cường độ điện trường lạ là:
FL
E* v B
q
Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong thanh
dẫn: E *.ds (v B ) ds
(s) (s)
- Ví dụ: Xét mạch điện hình chữ
B
nhật abcd, có một cạnh lưu động n
c d
ad chuyển động đều với vận tốc v v
s
như hình vẽ. Ta quy ước chọn E* v B
b
a
chiều quay ngược chiều kim đồng
hồ làm chiều dương của mạch điện. Từ trường
đều vuông góc với mặt phẳng của mạch điện và
cùng chiều với pháp tuyến dương n của mạch
điện. Theo công thức trên ta có trên các đoạn ab,
bc, cd thì v B 0 vì v 0 .
- Trên đoạn ad, vectơ nằm dọc theo đoạn mạch và
ngược chiều tính lưu số, do đó ta có:
dx BdS d
vBs Bs
dt dt dt
dx là độ dịch chuyển của đoạn ad trong thời gian
dt
dФ là từ thông gửi qua diện tích dS = sdx mà
đoạn ad quét được trong khoảng thời gian dt
- II. Hiện tượng tự cảm:
1. Hiện tượng tự cảm: Khi sự biến thiên từ thông
qua diện tích giới hạn bởi mạch biến đổi do chính
dòng điện chạy trong mạch đó biến đổi với thời
gian gây ra; khi đó trong mạch kín ta xét cũng
xuất hiện một dòng điện cảm ứng gọi là dòng
điện tự cảm và hiện tượng này gọi là hiện tượng
tự cảm.
2. Hệ số tự cảm: d
Theo định luật Faraday: tc
dt
Фm là từ thông do chính dòng điện trong mạch
gửi qua diện tích của mạch đó.
- Vì từ thông gửi qua mạch kín tỉ lệ với B, mà B tỉ
lệ với I nên m tỉ lệ với I do đó:
m LI
L là hệ số tỉ lệ gọi là hệ số tự cảm của mạch
Do đó: d ( LI )
tc
dt
Nếu mạch kín không biến dạng và độ từ thẩm của
môi trường không thay đổi thì L = const nên:
dI
tc L
dt
- III. Năng lượng từ trường:
1. Năng lượng từ trường của ống dây có dòng điện
i
o o
K
E
Tại thời điểm t = 0 , đóng khoá K, trong mạch
xuất hiện dòng điện i tăng từ 0 đến giá trị ổn định
E , R là điện trở của toàn mạch, do đó
I
R
trong ống dây xuất hiện suất điện động tự cảm
- Áp dụng định luật Ohm cho mạch điện trong quá
trình dòng điện đang được thành lập, ta có:
E tc Ri
di di
E L Ri E Ri L
dt dt
2
Eidt Ri Lidi
Eidt chính là năng lượng do nguồn điện sinh ra
trong khoảng thời gian dt.
- Năng lượng này một phần tỏa thành nhiệt trong
mạch Ri2dt, còn một phần được tiềm tàng dưới
dạng năng lượng từ trường:
dWm Lidi
Vậy trong cả quá trình thành lập dòng điện, phần
năng lượng của nguồn điện được tiềm tàng dưới
dạng năng lượng từ trường là:
Wm I
1 2
Wm dWm Lidi LI
2
0 0
- 2.Năng lượng của TT bất kỳ
Năng lượng của TT tập trung trong khoảng
không gian của từ trường. TTcủa ống dây điện
thẳng và dài là TTđều và có thể coi như chỉ tồn
tại trong thể tích của ống dây. Nếu gọi V = lS là
thể tích của ống dây thì mật độ năng lượng TT
2
Wm 1 / 2 LI
m
V V
V = l.S, , l là chiều dài của ống dây, S là tiết diện
thẳng góc của ống dây
- Nếu gọi n là số vòng dây của ống dây, thì từ
thông gửi qua ống dây :
2
n SI
m nBS o
l
m n2 S
L o
I l
2
1 n S 2
o I 2
2 l 1 n 2
m o 2 I
lS 2 l
2
1 B 1
m BH
2 o 2
- Công thức này cũng áp dụng được cho một từ
trường bất kỳ
Vậy năng lượng của TT bất kỳ là:
2
1 B 1
Wm dWm m dV dV BHdV
V V
2 V o 2V
- 1)Trong mặt phẳng chứa dòng điện thẳng dài vô
hạn cường độ I, một thanh kim loại có chiều dài
L di chuyển với vận tốc không đổi .Tìm sđđ cảm
ở hai đầu thanh khi:
ứng xuất hiện
a)Vận tốc v song song với dòng điện, đầu thanh
gần dòng điện nhất cách nó một đoạn r.
b)Vận tốc v vuông góc với dòng điện, đi ra xa
dòng điện, lúc cách dòng điện một khoảng r
- a) rL
0 I
d B.d S ' B.dS vdtdx
r
2 x
rL
0 Ivdt dx 0 Ivdt r L
ln
2 r
x 2 r
d 0 Iv r L
ln
dt 2 r
Đầu gần dòng điện I tích x dx
điện dương, đầu còn lại v vdt
I
tích điện âm r L
- b)
L
r
vdt
0 I
d B.d S BdS Lvdt
2 r
d 0 ILv
dt 2 r
Đầu trên của thanh tích điện dương, đầu dưới
tích điện âm
- 2)Trong mặt phẳng chứa dòng điện thẳng dài vô
hạn cường độ I, người ta đặt một khung dây dẫn
hình chữ nhật ABCD , AB = CD = b, AD = BC =
a, điện trở của cả khung bằng R. Cho khung
chuyển động tịnh tiến với vận tốc không đổi v
theo phương vuông góc với dòng điện và đi ra xa
dòng điện. Xác định chiều và cường độ của dòng
điện cảm ứng khi cạnh AB cách dòng điện thẳng
một đoạn r.
- Khi khung chuyển động thì B C
đầu trên các thanh AB và CD I
b
tích điện dương. r
A D
o Ibv o Ibv a
1 ; 2
2 r 2 (r a )
Trên các đoạn BC và AD không có sđđ. Do đó sđđ
cảm ứng xuất hiện trong khung là: 1 2
Vậy dòng điện cảm ứng trong khung chạy theo
B C
chiều kim đồng hồ và
1 2 o Iabv
i
R 2 Rr (r a) A D
nguon tai.lieu . vn
