Chương 5: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ ppt

Chương 5
CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ



























Hiện tượng cảm ứng điện từ do nhà bác học người Anh là Michael Faraday

phát minh năm 1831. Phát minh này mở đường cho việc chế tạo máy phát
điện và nhiều thiết bò điện khác có ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản
xuất hiện nay.

Ơn nhanh Chương Cảm ứng điện từ
GV Nguyễn Đức Hiệp – GoEdu – Mạng Việt Nam



2





YÊU CẦU CẦN ĐẠT
• KIẾN THỨC
Mô tả được hiện tượng cảm ứng điện từ, hiểu được khái
niệm từ thông và các cách làm biến đổi từ thông. Phát
biểu được đònh luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ và đònh
luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng. Nêu được dòng
điện Fu-cô và tác dụng của dòng Fu-cô. Nắm được hiện
tượng tự cảm, khái niệm độ tự cảm. Viết được công thức
tính năng lượng của từ trường trong ống dây.

• KĨ NĂNG
- Vận dụng được các công thức : F = BScosα,
E =
t
∆Φ

−
∆
và E = Bvlsinα.
- Vận dụng được đònh luật Len-xơ và quy tắc bàn tay phải
xác đònh chiều dòng điện cảm ứng.
- Tính được suất điện động cảm ứng, suất điện động tự
cảm, năng lượng từ trường trong ống dây.


CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Ơn nhanh Chương Cảm ứng điện từ
GV Nguyễn Đức Hiệp – GoEdu – Mạng Việt Nam



3

CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Ôn


1. Từ thông
Từ thông Φ qua một diện tích S, giới hạn bởi một vòng dây kín phẳng C,
đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ
B


là một đại lượng có biểu thức :
Φ = BScosα
với α là góc giữa vectơ
B

và pháp tuyến
n

(dương) của mặt S.
Đơn vò từ thông là Vêbe (Wb).

2. Hiện tượng cảm ứng điện từ
Hiện tượng cảm ứng điện từ là sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch
kín khi từ thông qua mạch đó biến đổi. Suất điện động sinh ra dòng điện
cảm ứng trong mạch điện kín là suất điện động cảm ứng.


3. Đònh luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ
Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín thì
trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.
CHỦ ĐỀ


Ơn nhanh Chương Cảm ứng điện từ
GV Nguyễn Đức Hiệp – GoEdu – Mạng Việt Nam



4
Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông Φ biến đổi; nếu Φ

ngừng biến đổi thì dòng điện cảm ứng tắt.
4. Đònh luật Len-xơ
Dòng điện cảm ứng có chiều sao
cho từ trường của nó có tác dụng
chống lại nguyên nhân đã sinh ra
nó.
Chiều của dòng điện cảm ứng chạy
trên đoạn dây dẫn chuyển động trong
từ trường (khi đoạn dây dẫn là một
phần của mạch kín) cũng được xác
đònh bằng quy tắc bàn tay phải.
5. Suất điện động cảm ứng là suất
điện động sinh ra dòng điện cảm ứng
trong mạch kín, nó tỉ lệ với độ biến
thiên từ thông qua mạch và tỉ lệ
nghòch với khoảng thời gian của sự
biến thiên ấy (tức là tỉ lệ với tốc độ
biến thiên của từ thông) :
∆Φ
= −
∆
c
,
t
E
(dấu trừ biểu thò quy tắc Len-xơ).
- Nếu mạch kín có N vòng dây thì
∆Φ
= −
∆

c
N
t
E

- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong một đoạn dây dẫn chiều dài l
chuyển động với vận tốc
v

trong từ trường có cảm ứng từ
B

bằng : E
C
=
Blvsinα với
v

và
B

cùng vuông góc với đoạn dây và α là góc giữa
B

và
v.


6. Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ do chính sự biến đổi của
dòng điện trong mạch đó gây ra, trong một mạch kín.

Suất điện động tự cảm xuất hiện trong mạch, khi xảy ra hiện tượng tự cảm, có
biểu thức :
∆
= −
∆
tc
I
L
t
E

Ơn nhanh Chương Cảm ứng điện từ
GV Nguyễn Đức Hiệp – GoEdu – Mạng Việt Nam



5
trong đó ∆I là độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch trong thời gian
∆t; L là hệ số tự cảm (hay độ tự cảm) của mạch có giá trò tuỳ thuộc hình dạng
và kích thước của mạch, có đơn vò là henri (H) ; dấu trừ biểu thò quy tắc Len-
xơ.

7. Năng lượng từ trường của ống dây dẫn có độ tự cảm L và có dòng điện I
chạy qua :
2
7 2
LI 1
W 10 B V.
2 8
= =

π

(B là cảm ứng từ của từ trường trong
ống dây).
Mật độ năng lượng từ trường là :
7 2
1
w 10 B .
8
=
π



Luyện

DẠNG 1. TỪ THÔNG. HIỆN TƯNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
Phương pháp chung
Áp dụng các công thức :
• Φ
= BScosα

•
∆Φ
= −
∆
E
c
,
t

(dấu trừ biểu thò quy tắc Len-xơ).

Nếu mạch kín có N vòng dây thì
∆Φ
= −
∆
E
c
N
t

•
Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động

E
C
=
Blvsinα

• Đònh luật Len-xơ : Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch có chiều
sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ
thông ban đầu qua mạch kín.


Ơn nhanh Chương Cảm ứng điện từ
GV Nguyễn Đức Hiệp – GoEdu – Mạng Việt Nam



6

1. Một hình vuông cạnh 10 cm được đặt trong trong từ trường đều B = 0,4 T.
Lúc đầu đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung. Quay mặt phẳng
khung trong 0,01 s để mặt phẳng khung dây song song với đường sức từ.
a. Tính độ biến thiên của từ thông.
b. Tính suất điện động trung bình xuất hiện trong khung dây.

GIẢI
a)
(
)
−
∆Φ = Φ − Φ = − = − × ×
2
o 2
2 1
0 BS.cos0 0,4 10.10 1
= −4.10
−3
Wb
b)
3
2
( 4.10 )
0,4 V
t
10
−
−
∆Φ −

= − = − =
∆
E


2. Một vòng dây dẫn tròn có đường kính 0,1 m, gồm 1 000 vòng dây, đặt trong
một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,07 T. Vòng dây nối với điện trở R = 10
Ω tạo thành mạch kín. Bỏ qua điện trở của vòng dây. Nếu từ trường đổi hướng
ngược lại và cảm ứng từ có độ lớn giảm xuống đến 0,03 T trong khoảng thời
gian 0,1 s thì cường độ dòng điện trong vòng dây bằng bao nhiêu?
GIẢI

E =

[ ]
( )
2
0,03 ( 0,07) 0,05
N 1 000 7,85 V
t 0,1
− − × π ×
∆Φ
− = − =
∆

7,85
I = 0,785 A
R 10
= =
E

3. Thả rơi một khung dây dẫn hình chữ nhật
ABCD. Giả thiết rằng trong khi rơi mặt phẳng
khung dây luôn luôn nằm trong một mặt phẳng
thẳng như hình vẽ). Khung chuyển động qua
một miền có từ trường đều, các đường sức từ
vuông góc với mặt phẳng khung dây (Hình vẽ
bên).
a) Giải thích vì sao sau khi thả khung rơi ít lâu
thì khung chuyển động đều.
b) Tính vận tốc của chuyển động đều của
thanh.
GIẢI
Ơn nhanh Chương Cảm ứng điện từ
GV Nguyễn Đức Hiệp – GoEdu – Mạng Việt Nam



7
a) Khi khung dây rơi vào trong vùng có từ trường, từ thông qua
mạch kín giới hạn bởi diện tích của khung biến thiên, trong mạch
kín xuất hiện dòng điện cảm ứng I
C
có chiều từ C sang D (theo quy
tắc bàn tay phải).
Lực từ F của từ trường tác dụng lên đoạn CD hướng lên trên để
cản trở chuyển động rơi của khung. Lúc đầu F < mg nên khung dây
chuyển động có gia tốc. Khi lực từ tác dụng lên khung cân bằng với
trọng lực thì khung dây bắt đầu chuyển động đều.
b) F = mg ⇒ BIl = mg; với

B
I
r r
=
E
=
lv

B(
B
r
lv
)
l
= mg ⇒
2
mgr
B
=
2
v
l


4. Một thanh kim loại dài 1 m được
treo bằng hai lò xo và nằm trong từ
trường đều có cảm ứng từ B = 0,05
T như hình vẽ. Khi cho dòng điện có
cường độ I = 10 A chạy qua thanh
với chiều như trên hình thì lực căng

của lò xo sẽ tăng hay giảm đi bao
nhiêu niutơn ?


GIẢI
a) Khi có dòng điện chạy qua thanh, lực từ F của từ trường tác
dụng lên thanh có phương vuông góc với thanh, có chiều hướng
xuống. Lực căng của lò xo

tăng lên.
b) Lực căng của lò xo

tăng lên :
F = BIl = 0,05 × 10 × 0,5 = 0,25 N
(lưu ý : khoảng cách giữa hai điểm treo cách nhau là 0,5 m; dòng
điện chỉ chạy trên đoạn này của thanh).
LUYỆN TẬP DẠNG 1

1.
Một cuộn dây bán kính r = 3 cm, quay đều trong từ trường B =
0,5 T với tần số 50 Hz, trục quay vuông góc với đường sức từ.
Ơn nhanh Chương Cảm ứng điện từ
GV Nguyễn Đức Hiệp – GoEdu – Mạng Việt Nam



8
Tính số vòng dây để có suất điện động cảm ứng cực đại 110 V
xuất hiện trong cuộn dây ?
ĐS : N

BS
=
ω
E
= 248 vòng
2.
Một hình vuông cạnh 5 cm được đặt trong trong từ trường đều
B = 0,01 T. Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung. Quay
mặt phẳng khung trong 0,1 s để mặt phẳng khung dây song song
với đường sức từ. Tính suất điện động trung bình xuất hiện trong
khung dây.

ĐS :
2 2
Φ − Φ
= = =
∆ ∆
E
BS - 0
t t
0,25 mV
3.
Một cuộn dây 100 vòng, điện trở 2 Ω, diện tích mỗi vòng 10
cm
2
. Tốc độ biến thiên cảm ứng từ qua mạch là bao nhiêu để
cường độ dòng điện trong mạch là 0,1 A ?
ĐS :
B RI
t nS

∆
=
∆
= 2 T/s
4.
Một thanh nam châm đặt thẳng
đứng bên trên một vòng dây dẫn (C)
như hình vẽ bên. Hãy xác đònh chiều
dòng điện cảm ứng xuất hiện trong
(C) khi cho nam châm rơi xuống.
ĐS : Khi nam châm rơi phía bên trên
vòng dây, dòng điện cảm ứng có
chiều ngược chiều kim đồng hồ.
Sau đó nam châm rơi ở phía dưới
vòng dây, dòng điện cảm ứng có
chiều kim đồng hồ.
5.
Một khung dây dẫn đặt trong một
từ trường có cảm ứng từ vuông góc
với mặt phẳng của khung, chiều của
các đường sức từ hướng vào trong
mặt phẳng hình vẽ. Hãy xác đònh
chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện
trong khung khi độ lớn của cảm ứng
từ giảm đều theo thời gian.
ĐS : Dòng điện cảm ứng có chiều kim đồng hồ.


Ơn nhanh Chương Cảm ứng điện từ
GV Nguyễn Đức Hiệp – GoEdu – Mạng Việt Nam

9
6.
Một dây dẫn dài 20 cm chuyển
động với vận tốc 2,5 m/s trong một
từ trường đều có cảm ứng từ vuông
góc với mặt phẳng hình vẽ và có
độ lớn B = 0,1 T. Xác đònh độ lớn
suất điện động cảm ứng ở đoạn
dây dẫn và hướng chuyển động của
các êlectron bên trong dây dẫn.
ĐS : 0,05 V; êlectron chạy trong dây dẫn theo chiều từ M đến N.



DẠNG 2.

HIỆN TƯNG TỰ CẢM. NĂNG LƯNG TỪ TRƯỜNG

Phương pháp chung

Áp dụng các công thức
• Suất điện động tự cảm: E
tc
= –L
∆
∆
I

t

• Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm : W =
1
2
LI
2
• *Mật độ năng lïng từ trường : w =
1
8
π
10
7
.B
2

5.

Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây có hệ số tự cảm 0,5
H khi cường độ dòng điện biến thiên 10 A/s.

GIẢI

∆
=
∆
E
I
L
t

= 0,5 × 10 = 5 V


6. Một cuộn dây 20 mH có dòng điện 0,5 A đi qua.
a) Tính năng lượng từ trường của cuộn dây.
b) Để năng lượng của ống dây là 0,05 J, cường độ dòng điện qua ống
dây là bao nhiêu ?
GIẢI
Ơn nhanh Chương Cảm ứng điện từ
GV Nguyễn Đức Hiệp – GoEdu – Mạng Việt Nam



10

a)
2 3 2
1 1
W LI 20.10 0,5
2 2
−
= = × = 0,0025 J
b)
2W 2 0, 05
I
L 0, 02
×
= =
= 1 A

LUYỆN TẬP DẠNG 2
1.
Từ trường B = 2,0 × 10
2
T là từ trường mạnh.
a) Tính năng lượng của 1m
3
từ trường này.
b) Tính cường độ điện trường để 1m
3
điện trường cũng cho
năng lượng như trên.
ĐS : a) 1,6 × 10
10
J;b) 6 × 10
10
V/m

2.
Một cuộn dây 40 mH có dòng điện 2 A đi qua.
a) Tính năng lượng từ trường của cuộn dây.
b) Để năng lượng của ống dây là 1 J, cường độ dòng điện qua
ống dây là bao nhiêu ?
ĐS : a)
2
1
W LI
2
=

= 0,08 J; b)
2W
I
L
=
= 7,07 A

3.
Một cuộn dây có dòng điện tăng đều từ 0 A đến 2 A trong thời
gian 1,5 ms. Khi đó suất điện động đo được là 28 V.
a) Tính hệ số tự cảm của cuộn dây.
b) Sau đó dòng điện giữ nguyên giá trò trong 2 s và giảm đến 0
trong vòng 3 s. Xác đònh suất điện động tự cảm trong các thời
gian trên.
c) Trong thời điểm nào, năng lượng của cuộn dây là cực đại. Tính
năng lượng cực đại ấy.

ĐS :
a) 0,021 H; b) 14 V;
c) Năng lượng của cuộn dây đạt cực đại khi
cường độ dòng điện cực đại;
2
1
W LI
2
=
= 0,042 J