Xây dựng bộ thí nghiệm khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ vật lí lớp 11

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

BÙI THỊ NGỌC MAI

XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG
CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ VẬT LÝ LỚP 11

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ

Hà Nội - 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG
CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ VẬT LÝ LỚP 11

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ

Người hướng dẫn khoa học

: PGS.TS Đặng Thị Thanh Thủy

Sinh viên thực hiện khóa luận : Bùi Thị Ngọc Mai

Hà Nội - 2018

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian dài tìm hiểu, cố gắng để học tập và làm việc một
cách nghiêm túc, em đã hồn thành khóa luận tốt nghiệp này. Em xin bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc đến những người đã giúp đỡ, bên cạnh em suốt thời gian
qua.
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới cơ giáo PGS.TS. Đặng
Thị Thanh Thủy, người đã tận tình hướng dẫn, gợi ý và cho em những lời
khuyên hết sức bổ ích trong việc hồn thành khóa luận này.
Tiếp theo, em xin cảm ơn các thầy cô trong bộ mơn Vật lí Vơ tuyến,
khoa Vật lí – đại học Khoa học Tự nhiên và các thầy cô trong trường Đại học
Giáo Dục không những đã truyền đạt cho em những kiến thức chuyên ngành
cần thiết mà còn tạo điều kiện, môi trường nghiên cứu tốt nhất để giúp em có
thể thực hiện và hồn thành khóa luận.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên lớp Vật lí
chuẩn và Sư phạm Vật lí đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên
cứu.
Em xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2018
Sinh viên

Bùi Thị Ngọc Mai


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ...............................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu.........................................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................2

4. Cấu trúc khóa luận ............................................................................................2
Chương 1: Cơ sở lý luận .............................................................................................3
1.1. Thí nghiệm trong dạy học Vật lí .......................................................................3
1.1.1. Thí nghiệm Vật lí [4] ..................................................................................3
1.1.2. Vai trị của thí nghiệm vật lý trong dạy học ở trường phổ thơng...............4
1.1.3. Chương trình giáo dục phổ thơng mới mơn Vật lí [6]................................5
1.2. Hiện tượng cảm ứng điện từ .............................................................................6
1.2.1. Lý thuyết về từ trường [1,3,8] .....................................................................6
1.2.2. Khái niệm từ thông [2,7] ..........................................................................13
1.2.3. Hiện tượng cảm ứng điện từ [3,5] ............................................................14
1.2.4. Tạo điện trường bằng thông lượng từ trường biến thiên [1,7] ................19
Chương 2: Thí nghiệm khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ ..................................21
2.1. Mục đích thí nghiệm .......................................................................................21
2.2. Dụng cụ thí nghiệm ........................................................................................21
2.3. Lắp đặt thí nghiệm ..........................................................................................22
2.4. Các bước thực hành ........................................................................................26
2.4.1. Đo biên độ U theo tiết diện A của cuộn dây.............................................26
2.4.2. Đo biên độ U theo số vòng N1 của cuộn dây ...........................................28
Chương 3: Kết quả thí nghiệm ..................................................................................31
3.1. Kết quả thí nghiệm..........................................................................................31
3.1.1.

Đo biên độ U theo tiết diện A của cuộn dây .........................................31

3.1.2.

Đo biên độ U theo số vòng 𝑁1 của cuộn dây. ......................................33

3.2.

Ưu điểm .......................................................................................................34

KẾT LUẬN ...............................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................38


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1. Dụng cụ thí nghiệm........................................................................ 21
Bảng 3. 1. Bảng số liệu đo biên độ U theo tiết diện A của cuộn dây ............. 31
Bảng 3. 2. Bảng kết quả đo biên độ U theo tiết diện A của cuộn dây ............ 32
Bảng 3. 3. Bảng số liệu đo biên độ U theo số vòng 𝑁1 của cuộn dây ........... 33
Bảng 3. 4. Bảng kết quả đo biên độ U theo số vòng 𝑁1 của cuộn dây .......... 34


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1. Từ trường của một nam châm .......................................................... 6
Hình 1. 2. Từ trường tác dụng lên dịng điện.................................................... 7
Hình 1. 3. Định luật Biot-Savart-Laplace ......................................................... 8
Hình 1. 4. Từ trường của dịng điện thẳng vơ hạn.......................................... 10
Hình 1. 5. Từ trường của dịng điện trịn ........................................................ 10
Hình 1. 6. Từ trường trong lịng cuộn Selenoid .............................................. 12
Hình 1. 7. Từ trường trong cuộn Toroid ......................................................... 13
Hình 1. 8. Định nghĩa từ thơng ....................................................................... 13
Hình 1. 9. Từ thông qua S trong các trường hợp đặc biệt .............................. 14
Hình 1. 10. Thí nghiệm Fa-ra-đây thứ nhất.................................................... 14
Hình 1. 11. Thí nghiệm Fa-ra-đây thứ hai ...................................................... 15
Hình 1. 12. Hiện tượng hỗ cảm ....................................................................... 18
Hình 2. 1. Máy phát dao động EZ FG-7002C ................................................ 22
Hình 2. 2. Máy dao động kí Agilent 54624A OSCILLOSCOPE ..................... 23
Hình 2. 3. Bộ khuếch đại dịng điện (âm li) .................................................... 23

Hình 2. 4. Cuộn dây 𝑁2 , d = 90mm, lõi khơng khí........................................ 24
Hình 2. 5. Bộ 03 cuộn dây cảm ứng 𝑁1 cùng số vòng, với tiết diện khác nhau.
......................................................................................................................... 24
Hình 2. 6. Bộ 03 cuộn dây cảm ứng 𝑁1 cùng tiết diện, với số vịng khác nhau.
......................................................................................................................... 24
Hình 2. 7. Dây cáp đồng trục. ......................................................................... 25
Hình 2. 8. Sơ đồ mạch của thí nghiệm khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ.25
Hình 2. 9. Đo biên độ U ra theo tiết diện A = 0,0008 𝑚2, 𝑁1 = 220 vịng. . 27
Hình 2. 10. Đo biên độ U ra theo tiết diện A = 0,0004𝑚2,𝑁1 = 220 vòng. .. 27
Hình 2. 11. Đo biên độ U ra theo tiết diện A = 0,00028𝑚2,𝑁1 = 220 vịng 28
Hình 2. 12. Đo biên độ U ra theo số vòng 𝑁1 = 220 vịng, A= 0,0004 𝑚2. . 29
Hình 2. 13. Đo biên độ U ra theo số vòng 𝑁1 = 170 vịng,A= 0,0004𝑚2. ... 29
Hình 2. 14. Đo biên độ U ra theo số vòng 𝑁1 = 140 vòng,A= 0,0004𝑚2. ... 30
Hình 3. 1. Đồ thị sự phụ thuộc của U vào A ................................................... 32
Hình 3. 2. Đồ thị sự phụ thuộc của U vào 𝑁1 ................................................ 34


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vật lí là một môn khoa học nghiên cứu các quy luật của tự nhiên.
Trong chương trình vật lí phổ thơng cơ bản, bộ mơn vật lí đưa vào chương
trình các kiến thức cơ bản nhất của cơ học, nhiệt học, điện học, từ học,
quang học, vật lí lượng tử, vật lí hạt nhân. Để học sinh tiếp cận kiến thức
bài học một cách hiệu quả nhất thì vấn đề sử dụng thí nghiệm trong dạy
học vật lí ở trường phổ thơng khơng chỉ là cơng việc bắt buộc, mà nó cịn
là một trong những biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất lượng dạy
học.
Sử dụng một cách hợp lí các thí nghiệm trong dạy học nói chung và thí
nghiệm vật lí nói riêng là việc làm không thể thiếu được trong mục tiêu
nâng cao hiệu quả dạy học. Đó chính là một trong những cách thức để

cung cấp kiến thức cho học sinh một cách chắc chắn và chính xác, góp
phần tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh. Thực trạng cho thấy,
việc giảng dạy kiến thức vật lí cho học sinh vẫn cịn theo lối truyền thống,
học sinh chưa có điều kiện nghiên cứu, quan sát và tiến hành thí nghiệm
vật lí. Ở những khu vực miền núi, vùng sâu vùng xa thì việc sử dụng thiết
bị thí nghiệm trong q trình dạy học lại càng khó khăn hơn. Vì vậy, vấn
đề đáp ứng các thiết bị, dụng cụ thí nghiệm trong giảng dạy bộ mơn vật lí
là hết sức cần thiết.
Cảm ứng điện từ là một nội dung kiến thức tương đối khó của học sinh
lớp 11. Nhiều em còn chưa hiểu hoặc hiểu chưa đúng về phần kiến thức
này. Nhận thấy tầm quan trọng của vấn đề nêu trên, tơi đề xuất nghiên
cứu: “Xây dựng bộ thí nghiệm khảo sát hiện tượng Cảm ứng điện từ vật lí
lớp 11”.

1


2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng bài thí nghiệm khảo sát hiện tượng Cảm ứng điện từ trong
chương trình vật lí lớp 11, sử dụng trong dạy học phổ thơng theo chương
trình phổ thơng mới.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Đề tài được thực hiện với nhiệm vụ sau:
+ Nghiên cứu phương pháp dạy học thí nghiệm Vật lí theo chương
trình phổ thơng mới.
+ Xây dựng bài thí nghiệm và đưa ra trình tự tiến hành khảo sát hiện
tượng cảm ứng điện từ.
4. Cấu trúc khóa luận
Cấu trúc gồm 3 chương:
- Chương 1: Cơ sở lý luận.

- Chương 2: Thí nghiệm khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Chương 3: Kết quả thí nghiệm.

2


Chương 1: Cơ sở lý luận
1.1. Thí nghiệm trong dạy học Vật lí
1.1.1. Thí nghiệm Vật lí [4]
Các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí:
Các thí nghiệm Vật lí phải được lựa chọn và thiết lập có chủ định sao
cho thơng qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra
được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết.
Thơng thường, mỗi thí nghiệm có 3 yếu tố cấu thành cần được xác định
rõ: Đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng cần
nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc thu nhận các kết quả của sự tác
động.
Các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ nhất định nhằm đảm
bảo sự quan sát được của các đại lượng biến đổi trong khi tiến hành thí
nghiệm. Khi tiến hành thí nghiệm có thể làm lại các thí nghiệm nhiều lần và
đảm bảo kết quả thu được tương đối giống nhau.
Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí:
Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên: là các thí nghiệm giáo viên giới thiệu một
cách tương đối nhanh với học sinh chủ yếu về mặt định tính các hiện tượng,
quá trình và các quy luật nghiên cứu, cấu tạo và hoạt động của một vài dụng
cụ và thiết bị kỹ thuật, những cái học sinh có thể cảm thụ được bằng mắt và
tai.
Thí nghiệm biểu diễn có thể phân ra thành 3 loại: Thí nghiệm mở đầu, thí
nghiệm nghiên cứu hiện tượng, thí nghiệm củng cố.
Thí nghiệm do học sinh thực hiện:

+ Thí nghiệm trực diện đồng loạt của học sinh
3


+ Thí nghiệm thực hành Vật lí
+ Các bài tốn thực nghiệm
+ Thí nghiệm ngồi giờ lên lớp
Như vậy, theo hệ thống thí nghiệm nói trên, tất cả học sinh được làm quen
dần với việc nghiên cứu các hiện tượng Vật lí theo mục đích đã đề ra, làm
quen dần với thiết bị kỹ thuật và phương pháp làm việc với nó.
1.1.2. Vai trị của thí nghiệm vật lý trong dạy học ở trường phổ thơng
Vật lí là một mơn khoa học thực nghiệm, do đó thí nghiệm đóng vai trị
vơ cùng quan trong trong dạy học. Thí nghiệm vật lí có các vai trị chính như
sau:
Thí nghiệm làm đơn giản hóa các hiện tượng vật lí. Sử dụng thí nghiệm
có thể làm đơn giản hóa các hiện tượng, làm nổi bật rõ bản chất của hiện
tượng, quá trình cần nghiên cứu. Các hiện tượng, quá trình diễn ra trong thí
nghiệm làm đơn giản hóa các hiện tượng, q trình thực, tuy nhiên vẫn đảm
bảo cung cấp đầy đủ và chính xác tri thức, giúp người học tiếp cận kiến thức
dễ dàng hơn.
Thơng qua hoạt động thí nghiệm sẽ từng bước cung cấp, hệ thống hóa
kiến thức cho người học, từ đó củng cố niềm tin khoa học, tạo nên tư duy
đúng đắn và tích cực.
Thí nghiệm vật lí là phương tiện kích thích hứng thú học tập cho học
sinh, rèn luyện kỹ năng sử dụng các dụng cụ đo và các dụng cụ thiết bị khác.
Thí nghiệm vật lí có tác dụng bồi dưỡng cho học sinh kiến thức, kỹ
năng, hình thành một số đức tính tốt cho học sinh.

4

Thí nghiệm vật lí có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác
nhau của tiến trình dạy học như đề xuất vấn đề nghiên cứu, giải quyết vấn đề,
củng cố kiến thức và kiểm tra đánh giá kiến thức kĩ năng của học sinh.
1.1.3. Chương trình giáo dục phổ thơng mới mơn Vật lí [6]
Chương trình giáo dục phổ thơng mới mơn vật lí được phân bố ở cả ba
cấp học với các mức độ khác nhau. Ở trung học phổ thơng, vật lí là mơn học
thuộc nhóm mơn khoa học tự nhiên, được lựa chọn theo nguyện vọng của học
sinh. Theo chương trình mới, phần cảm ứng điện từ học sinh cần nắm được
những nội dung kiến thức sau:
- Mơ tả và thực hiện được thí nghiệm minh hoạ hiện tượng cảm ứng
điện từ.
- Vận dụng được định luật Faraday và định luật Lenz về cảm ứng điện
từ.
- Giải thích được một số ứng dụng đơn giản của hiện tượng cảm ứng
điện từ.
Chương trình chú trọng vào bản chất, ý nghĩa vật lý của các đối tượng,
đề cao tính thực tiễn; tránh khuynh hướng thiên về toán học; tạo điều kiện để
giáo viên giúp học sinh phát triển tư duy khoa học dưới góc độ vật lý, khơi
gợi sự ham thích ở học sinh, tăng cường khả năng vận dụng tri thức vào thực
tiễn. Thí nghiệm, thực hành đóng vai trị đặc biệt quan trọng trong việc hình
thành khái niệm, quy luật, định luật vật lý. Vì vậy, bên cạnh việc sử dụng các
mơ hình vật lý và tốn học, chương trình chú trọng đến việc hình thành năng
lực tìm tịi khám phá các thuộc tính của sự vật, hiện tượng vật lý thông qua
các nội dung thí nghiệm, thực hành dưới các góc độ khác nhau.

5


Đặc biệt, thơng qua q trình tiến hành xây dựng thí nghiệm bài học sẽ

giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tế, phát triển tình yêu, sự say mê,
ham thích tìm hiểu khoa học, định hướng nghề nghiệp.
1.2. Hiện tượng cảm ứng điện từ
1.2.1. Lý thuyết về từ trường [1, 3, 8]
Từ trường là do nhà vật lý người Đan mạch Hans Oersted (1777-1851)
phát hiện ra vào năm 1820, là trường do dịng điện tạo ra, có tác dụng định
hướng lên đầu của một kim nam châm. Từ trường là môi trường vật chất đặc
biệt sinh ra quanh các điện tích chuyển động hoặc do sự biến thiên của điện
trường hoặc có nguồn gốc từ các mơmen lưỡng cực từ như nam châm. Mỗi
điểm trong từ trường được miêu tả bằng tốn học thơng qua hướng và độ lớn
tại đó; từ trường được miêu tả bằng trường vector.Người ta hay sử dụng khái
niệm lực Lorentz tác dụng lên một điện tích điểm chuyển động để định nghĩa
từ trường. Thí nghiệm của Oersted đã chứng tỏ rằng từ trường phải được đặc
trưng bằng một đại lượng vectơ. Đại lượng vectơ là B vectơ cảm ứng từ hoặc
H vectơ cường độ từ trường.
Hình 1. 1. Từ trường của một nam châm

6


Từ trường, khác với điện trường, không tác dụng lên các điện tích đứng
yên mà chỉ tác dụng lên các điện tích chuyển động mà thơi.
Dây dẫn có dịng điện chạy qua là một hệ thống trung hoà về điện tích
trong đó các điện tích cùng dấu chạy theo một hướng cịn các điện tích ngược
dấu chạy theo chiều ngược lại (hoặc đứng yên). Như vậy có thể kết luận rằng
từ trường là do các điện tích chuyển động có hướng tạo ra.
Như vậy các điện tích chuyển động có hướng (dịng điện) làm thay đổi
tính chất của khơng gian bao quanh chúng và tạo nên trong đó một từ trường.
Chính từ trường thể hiện bằng lực tác dụng của nó lên các điện tích chuyển
động khác (dịng điện).

Hình 1. 2. Từ trường tác dụng lên dòng điện

Thực nghiệm cũng đã chỉ ra rằng, nguyên lý chồng chất vẫn được giữ
nguyên tác dụng đối với từ trường, như trong trường hợp điện trường: Từ


trường B do nhiều điện tích chuyển động (nhiều dòng) gây nên bằng tổng các


vectơ từ trường Bi do mỗi điện tích riêng biệt chuyển động (mỗi dòng) gây
nên:
n 

B   Bi

(1.1)

i 1

7


Định luật Biot-Savart-Laplace:
Ta hãy xét đến bản chất của từ trường do một dây dẫn mảnh có dịng
chạy qua gây ra. Trên dây dẫn đó ta lấy một yếu tố độ dài dl. Trong yếu tố độ
dài dl này có nSdl các hạt mang điện (n là số hạt mang điện trong một đơn vị
thể tích, S là tiết diện ngang của yếu tố độ dài dl). Tại điểm P nơi cần xác định


từ trường, mỗi một hạt mang điện e gây ra một từ trường B bằng:

Hình 1. 3. Định luật Biot-Savart-Laplace

Nhân biểu thức này cho số các hạt mang điện có trong yếu tố dl ta thu


được biểu thức dB do yếu tố dl gây ra tại điểm P:





 
 
 S neu  r
dB  B nSdl  0
dl
4
r3



(1.2)



Ta có neu  j mật độ dịng điện, nên có thể viết lại biểu thức trên dưới
dạng:






 0 S j r
dB 
dl
4 r 3

(1.3)


Nếu bây giờ ta đưa vào vectơ dl hướng dọc theo trục của yếu tố dịng
dl và có hướng như hướng của dịng điện thì ta có thể viết laị:

8




j dl  jdl

(1.4)

Như vậy ta có thể viết lại biểu thức (1.3) dưới dạng sau:




  0 Sj dl r
dB 

4
r3



Với Sj chính là cường độ dịng điện đi qua yếu tố dòng:




  0 Idl r
dB 
4
r3



(1.5)

Như vậy ta đã thiết lập được phương trình (1.5) từ phương trình từ
phương trình (1.2). Trong thực tế phương trình (1.5) đã được thiết lập bằng
thực nghiệm trước khi có phương trình (1.2).
Năm 1820, nhà hai nhà vật lý học người Pháp Jean Boit (1774- 1862)
và Felix Savart (1791-1841) đã nghiên cứu từ trường do sợi dây mảnh với
nhiều hình dạng khác nhau gây ra. Nhà thiên văn học và toán học người Pháp
đã phân tích các số liệu thực nghiệm và tìm được từ trường của bất kỳ một
dịng nào bằng cách tính tổng các vectơ của từ trường do một yếu tố dòng gây
nên. Laplace đã thu được biểu thức của cảm ứng từ của một yếu tố dòng Idl
dưới dạng (1.5). Chính vì vậy mà biểu thức (1.5) được gọi là định luật BiotSavart- Laplace và sau này nhiều khi người ta gọi là định luật Biot-Savart.
Áp dụng định luật Biot-Savart ta có thể xá định dược từ trường của một

số dịng điện được tính tốn theo các công thức:

9


- Đối với dịng điện thẳng dài vơ hạn:
Hình 1. 4. Từ trường của dịng điện thẳng vơ hạn

- Đối với dịng điện trịn gây ra ở tâm:

Hình 1. 5. Từ trường của dòng điện tròn

Ta hãy khảo sát cảm ứng từ do một vịng dây mảnh trịn bán kính R có
dịng I chạy qua tại điểm P nằm trên đường vng góc với mặt phẳng vịng
dây, đi qua tâm của vịng, cách vịng một khoảng r (Hình 1.5).
10








Trên vòng tròn lấy một yếu tố dòng dl , vectơ dB do yếu tố Idl gây ra


thẳng góc với mặt phẳng đi qua dl và P. Phân tích dB ra thành hai thành phần:



dB|| và dB tương ứng song song và thẳng góc với trục OP. Do tính đối xứng


của bài tốn thành phần dB từng đơi một triệt tiêu lẫn nhau, cho nên trong




trường hợp này ta chỉ cần xét đến các đại lượng dB|| . Tích phân theo dB|| ta có
thể thu được cảm ứng từ B do vịng dây điện trịn gây ra. Từ Hình 1.5 ta có:
dB||  dB sin   dB

R  0 Idl R  0 IRdl


b 4 b 2 b 4 b 3

Trong biểu thức này thay b  R 2  r 2 và tính tích phân theo tồn bộ
vịng trịn ta có:
B   dB|| 



0 IR
 IR
dl  0 3 2R 
3 
4 b
4 b

 0 2( IR 2 )

2 pm
 0
2
2 3/ 2
2
4 ( R  r )
4 ( R  r 2 )3 / 2

(1.6)

trong đó pm = IR2 được gọi là độ lớn của môment từ của vòng dây.
Biểu thức (1.6) xác định độ lớn của cảm ứng từ B tại điểm nằm trên
trục của vịng dây, bán kính R và có cường độ dịng I chạy qua, cách tâm một
khoảng r. Tổng quát hoá biểu thức (1.6) ta có thể viết cơng thức xác định độ
cảm ứng từ B dưới dạng vectơ:

 0
2 pm
B
4 ( R 2  r 2 )3 / 2

(1.7)

Biểu thức của B trong (1.7) không phụ thuộc vào dấu của r. Điều đó có
nghĩa là với hai điểm đối xứng qua vịng dây từ trường có cùng hướng và độ
lớn.

11

Khi r=0, điểm P nằm tại tâm của vòng dây:
  0 2 p m
B
4 R 3

(1.8)

- Nguyên lý dòng toàn phần Ampere: Lưu số của vecto cường độ từ trường H
theo một đường cong kín bằng tổng đại số các dịng điện đi xun qua diện
tích giới hạn bởi đường cong đó.

- Trong lịng cuộn selenoid:
Áp dụng ngun lý dịng tồn phần:
Hình 1. 6. Từ trường trong lịng cuộn Selenoid

- Từ trường của cuộn toroid
Áp dụng nguyên lý dòng toàn phần:
12


Hình 1. 7. Từ trường trong cuộn Toroid

1.2.2. Khái niệm từ thơng [2, 7]
Hình 1. 8. Định nghĩa từ thơng
Giả sử một đường cong kín (C)
là chu vi giới hạn một mặt có diện
tích S (giả thiết là phẳng). Mặt đó
⃗.

được đặt trong một từ trường đều 𝐵
Trên đường vng góc với mặt S, ta
vẽ vectơ 𝑛⃗ có độ dài bằng đơn vị theo
một hướng xác định (tùy ý chọn), 𝑛⃗
⃗ , người ta
được gọi là vectơ pháp tuyến dương. Gọi α là góc tạo bởi 𝑛⃗ và 𝐵
định nghĩa từ thơng qua mặt S là đại lương, kí hiệu Ф, cho bởi :
Ф = BS cosα
Khi α nhọn (cosα > 0) thì Ф > 0.
Khi α tù (cosα < 0) thì Ф < 0.
Khi α = 900 (cosα = 0) thì Ф = 0.

13


Hình 1. 9. Từ thơng qua S trong các trường hợp đặc biệt

1.2.3. Hiện tượng cảm ứng điện từ [3, 5]
Thí nghiệm Fa-ra-đây:
Lấy một cuộn dây và mắc nối tiếp nó với một điện kế G thành một
mạch kín (H1.10). Phía trên ống dây đặt một thanh nam châm 2 cực SN. Thí
nghiệm cho thấy:


Nếu rút thanh nam châm ra, dịng điện cảm ứng có chiều ngược lại
(hình b)



Di chuyển thanh nam châm càng nhanh, cường độ dòng điện cảm ứng

Ic càng lớn.



Giữ thanh nam châm đứng yên so với ống dây, dịng điện cảm ứng sẽ
bằng khơng.
Hình 1. 10. Thí nghiệm Fa-ra-đây thứ nhất

14


Nếu thay nam châm bằng một ống dây có dịng điện chạy qua, rồi tiến
hành các thí nghiệm như trên, ta cũng có những kết quả tương tự.
Hình 1. 11. Thí nghiệm Fa-ra-đây thứ hai

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 dịng điện cảm ứng trong mạch đó.



Dịng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mạch
kín biến đổi.



Cường độ dịng 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.

 Mỗi khi từ thơng qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch kín (C)
xuất hiện một dịng điện gọi là dịng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất
hiện dòng điện cảm ứng trong (C) gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
 Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thơng
qua mạch kín biến thiên.

15


Định luật điện cảm ứng điên từ:
+ Định luật Fa-ra-đây: Suất điện động cảm ứng trong một vòng dây dẫn
bằng và trái dấu với tốc độ biến thiên theo thời gian của từ thơng gửi qua
vịng dây đó:
ℰ= 

d B
dt

(1.9)

+ 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.
Dịng điện Fu-cơ:

Dịng diện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật dẫn
chuyển động trong từ trường hay được dặt trong từ trường biến đổi theo thời
gian là dịng điện Fu-cơ.
Hiện tượng tự cảm:
Hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dịng điện mà sự
biến thiên từ thơng qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ
dòng điện trong mạch được gọi là hiện tượng tự cảm.
Khi đặt một khung dây dẫn điện tạo thành mạch điện kín vào trong từ
trường có cảm ứng từ B biến đổi theo thời gian, trong khung dây sẽ xuất hiện
một dòng điện cảm ứng (hoặc suất điện động cảm ứng).
Nếu thay khung dây bằng một cuộn cảm có tiết diện A và số vịng dây
𝑁1 đặt vng góc với từ trường từ thong qua một vòng dây của cuộn cảm là
∅ = 𝐵. 𝐴

16


Và qua 𝑁1 vòng dây tương ứng là:
∅ = 𝑁1 . 𝐵. 𝐴
Trong đó, ∅: là từ thong gửi qua thiết diện A giới hạn bởi vòng dây
A: Tiết diện của cuộn cảm
B: cảm ứng từ
𝑁1 : số vòng dây của cuộn cảm
Theo định luật Faraday:
𝑈=−

𝑑∅

hay

𝑑𝑡

𝑈 = −𝑁1

𝑑𝐵
𝑑𝑡

𝐴

(1.10)

Với cuộn Solenoid có số vịng dây là 𝑁2 , cảm ứng từ trong long ống
dây đó là :
𝐵 = 𝜇0

𝑁2
𝐿

I

(1.11)

Trong đó, 𝑁2 : số vòng dây được quấn trên cuộn Solenoid
L: chiều dài ống dây
𝜇0 = 4𝜋10−7 Vs/Am (độ từ thẩm của chân khơng)
Như vậy ta có thể dung cuộn Solenoid có dòng điện chạy qua để tạo
nên từ trường với cảm ứng từ B
Từ (1.10) và (1.11) ta có:
𝑈 = −𝜇0

𝑁2
𝐿

. 𝐴. 𝑁1 .

𝑑𝐼
𝑑𝑡

17

(1.12)


Biểu thức trên cho thấy suất điện động cảm ứng U tỷ lệ thuận với tiết diện
cuộn cảm A, số vòng dây của các cuộn cảm 𝑁1 , 𝑁2 và tốc độ biến thiên dòng
điện trong cuộn Solenoid dI/dt .
Hiện tượng hỗ cảm: Khi ta đặt hai ống dây gần nhau như trên Hình
1.12, thì dịng điện trong cuộn thứ nhất biến thiên sẽ tạo nên một suất điện
động cảm ứng ở trong cuộn thứ hai.
Hình 1. 12. Hiện tượng hỗ cảm

Theo định luật Faraday, thì suất điện động này (ℰ2) tỷ lệ với tôc độ biến
thiên của từ thông gửi qua cuộn hai do dòng điện chạy trong cuộn một gây ra.
Gọi  21 là từ thông gửi qua một vòng của cuộn hai do dòng điện chạy trong
cuộn một gây ra. Cuộn thứ hai có N2 vịng, nên từ thơng gửi qua tồn bộ cuộn
thứ hai bằng N 2  21 . Nếu hai cuộn dây chiếm một vị trí xác định trong khơng
gian thì N 2  21 phải tỷ lệ với dòng điện chạy trong cuộn thứ nhất I1. Hệ số tỷ lệ
được gọi là hệ số hỗ cảm M21, như vậy ta có:
M 21 

N 2 21
I1

(1.13)

Theo định luật Faraday, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn
thứ hai được xác định bằng công thức:

ℰ2=  N 2

d 21
dt

(1.14)

18


Kết hợp hai cơng thức (1.13) và (1.14) ta có:

ℰ2=  M 21

dI1
dt

1.2.4. Tạo điện trường bằng thông lượng từ trường biến thiên [1, 7]
Trong q trình phân tích vi mơ các dịng điện ta thấy rằng, khi có dịng
điện chạy qua dây dẫn thì trong dây dẫn phải có điện trường để cho các điện


tử chuyển động với vận tốc định hướng bằng u . Khi một vật dẫn chuyển động
trong từ trường thì trong vật dẫn đó xuất hiện một dòng điện, nên lực tác dụng
lên một đơn vị điện tích bằng E= F/q. Vì F=quB, nên:
E

quB
 uB
q

(1.15)


Tổng quát hoá biểu thức (1.15) cho trường hợp khi v khơng vng góc


vơi B . Theo cơng thức Lorentz, lực từ tác dụng lên một điện tích q chuyển


động với vận tốc v bằng F  q u  B  và do đó điện trường được tính theo
cơng thức:
E  [u  B]

(1.16)

Trong trường hợp khi từ trường thay đổi (điều này thường xẩy ra hơn là
cho dây dẫn chuyển động trong từ trường), thì người ta cũng quan sát được
dòng điện cảm ứng chạy trong dây dẫn. Như vậy một từ trường biến đổi làm
xuất hiện một dòng điện cảm ứng. Kết quả quan trọng này đúng không chỉ với
dây dẫn mà còn đúng với bất kỳ vật dẫn nào và đặc biệt ngay cả khi khơng có
vật dẫn. Như vậy, người ta đã sản sinh ra được một điện trường tại tất cả các

điểm mà tại đó có từ trường biến đổi.
Ta có thể biểu diễn kết luận này dưới dạng toán học bằng cách sử dụng
mối liên hệ giữa hiệu điện thế và điện trường:

19