Tài liệu Chương 10: Cảm ứng điện từ ppt

Chương 10
Nội Dung
1. Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?
2. Các định luật cơ bản.
3. Ứng Dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.
Hiện tượng cảm ứng điện từ
1. Hai thí nghiệm của Faraday

1. Hai thí nghiệm của Faraday
Hiện tượng cảm ứng điện từ

1. Khi đưa nam châm
lại gần vòng dây.
2. Giữ vòng dây và
nam châm đứng
yên, không có dòng
điện qua Ampe kế.
3. Đưa nam châm ra
xa vòng dây.
Hiện tượng cảm ứng điện từ

Như vậy ta thấy, chỉ khi “có cái gì” đó thay
đổi thì mới có suất điện động cảm ứng. Ở
trạng thái tĩnh, không có vật nào di chuyển, và
dòng điện là không đổi thì không có sức điện
động cảm ứng
Vậy ta thấy rằng điều then chốt ở đây là
“sự thay đổi”. Thế nhưng câu hỏi đặt ra là “cái
gì đó” phải thay đổi để sinh một suất điện
động cảm ứng là cái gì?
Hiện tượng cảm ứng điện từ

Định luật cảm ứng của Faraday
Vòng dây chỉ có suất điện động cảm ứng khi
số đường sức từ đi qua vòng dây đó thay đổi.
Vậy “cái gì đó” thay đổi để sinh một sức
điện động cảm ứng trong vòng dây chính là số
đường sức từ đi qua vòng dây đó. Và “sự thay
đổi” chính là “sự biến thiên” của số đường sức
từ đi qua vòng dây. Và chính tốc độ biến thiên
của đường sức từ quyết định độ lớn của sức
điện động cảm ứng.

Định luật cảm ứng của Faraday
Khảo sát định lượng
Xét một diện tích giới hạn bởi một vòng dây dẫn
kín. Số đường sức từ đi qua diện tích này được
biểu diễn bằng từ thông φ
B
đi qua diện tích đó
B
B dAφ = ×
∫
uur
r
Định luật phát biểu như sau
Suất điện động cảm ứng trong một vòng dây dẫn
bằng nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên theo thời
gian của từ thông qua vòng dây đó.

Định luật cảm ứng của Faraday

Nghĩa là ta có thể viết như sau
B
d
dt
φ
ξ = −
Nếu tốc độ biến thiên từ thông tính bằng
Vebe/s thì sức điện động cảm ứng là V.
Nếu cuộn dây có N vòng dây

2. Định luật Faraday
Định luật Faraday cho trường
hợp ống dây có nhiều vòng
Suất điện cảm
Từ thông
Cái gì đó thay đổi
theo thời gian
Định luật cảm ứng của Faraday

Hiện tượng cảm ứng điện từ
1. Sự biến đổi của từ thông qua mạch kín là
nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng.
2. Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong mạch
khi từ thông gửi qua mạch thay đổi.
3. Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với
tốc độ biến đổi của từ thông.
4. Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào
từ thông gửi qua mạch tăng hay giảm.
Kết luận
Vậy, hiện tượng xuất hiện dòng điện

trong mạch kín khi từ thông qua mạch
biến thiên gọi là hiện tượng cảm ứng
điện từ. Dòng điện trong mạch gọi là
dòng điện cảm ứng.

1. Định luật Lenz
Định luật Lenz
Ba năm sau khi Faraday phát hiện định luật
cảm ứng. Heinrich Friendrich Lenz đưa ra qui
tắc để xác định chiều của dòng điện cảm ứng
trong vòng dây gọi là định luật Lenz.
Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một
vòng dây dẫn kín có chiều sao cho nó chống
lại sự thay đổi của tác nhân đã sinh ra nó.

Chiều của ngón tay cái là
chiều của từ trường cảm ứng.
Định luật Lenz

Hai cách giải thích cho thí nghiệm thứ nhất
Cách giải thích thứ nhất:
Vì dòng điện trong vòng dây sinh ra một từ
trường nên nó cũng có cực bắc và nam. Nếu
vòng dây chống lại sự chuyển động của thanh
nam châm mà trước hết là cực bắc lại gần nó
thì mặt của vòng dây đối diện thanh nam châm
phải là cực bắc. Áp dụng qui tắc bàn tay phải
cho vòng dây. Khi đó chiều dòng điện phải
ngược chiều kim đồng hồ khi ta nhìn vòng dây
từ phía thanh nam châm.

Định luật Lenz

Định luật Lenz

Cách giải thích thứ hai
Vì khi ta đưa thanh nam châm đến gần vòng
dây là làm tăng từ thông qua vòng dây. Dòng
điện cảm ứng trong vòng dây chống lại sự thay
đổi này bằng cách thiết lập từ trường B
i
của
chính nó, để chống lại sự tăng của thông lượng.
Như vậy từ Trường B
i
phải hướng ngược chiều
với từ thông sinh bởi nam châm. Cũng bằng qui
tắc bàn tay phải ta xác định được chiều của
dòng điện cảm ứng trong vòng dây.
Định luật Lenz


Lưu ý: Từ trường cảm ứng không chống lại từ
trường của thanh nam châm. Nó chỉ chống lại
sự thay đổi của từ thông qua nó. Và nếu ta kéo
thanh nam chân ra xa, từ thông qua vòng dây sẽ
giảm. Từ trường cảm ứng ứng lúc này sẽ chống
lại sự giảm của từ thông bằng cách làm cho từ
trường mạnh lên. Chiều của dòng điện tạo ra tác
dụng ấy sẽ cùng chiều với kim đồng hồ nếu ta
nhìn vòng dây từ phía thanh nam châm.

Định luật Lenz

Thử đặt giả thiết xem nếu như dòng điện cảm
ứng ủng hộ tác nhân đã sinh ra nó thì điều gì
sẽ xảy ra?
Như vậy nghĩa là trong trường hợp khi ta đẩy
cực bắc của nam châm lại gần vòng dây, thì
mặt này của vòng dây lại xuất hiện cực nam.
Định luật Lenz và sự bảo toàn năng lượng

Và nếu là như vậy thì lúc đầu nam châm đang
đứng yên, ta chỉ cần đẩy nó rất nhẹ  nó bắt
đầu chuyển động và chuyển động này tự duy
trì nam châm sẽ được gia tốc về phía vòng
dây và nó sẽ nhận thêm động năng trong quá
trình này. Trong khi đó trong vòng dây cũng
tỏa ra nhiệt lượng. (do vòng dây có điện trở 
hiệu ứng Jun-lenx)
Định luật Lenz và sự bảo toàn năng lượng

Như vậy rõ ràng là từ hư vô ta có thể thu
được một cái gì đó !?!
Định luật Lenz và sự bảo toàn năng lượng
Định luật Lenz không
gì khác là sự phát biểu
nguyên lý bảo toàn
năng lượng dưới dạng
thích hợp cho việc áp
dụng với các mạch
điện có dòng điện cảm

ứng chạy qua.

Như vậy ta thấy rằng: cho dù ta cố gắng đẩy
nam châm theo chiều nào ta cũng luôn vấp phải
một lực chống đối, và như thế ta phải thực hiện
một công. Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng,
công này đúng bằng nhiệt năng xuất hiện trong
vòng dây vì chỉ có hai dạng năng lượng chuyển
hóa lẫn nhau trong hệ cô lập này (thực chất ở
đây ta đã coi năng lượng mất đi dưới dạng bức
xạ là không đáng kể).
Thật ra, theo định luật Faraday
Định luật Lenz và sự bảo toàn năng lượng
B
d
dt
φ
ξ = −

Có nghĩa là năng lượng tích trữ trong từ trường
Định luật Lenz và sự bảo toàn năng lượng
B
d
dt
φ
Đã chuyển thành năng lượng điện trường ξ
trong vòng dây và do vòng dây có điện trở
 nhiệt năng do hiệu ứng Jun-Lenx

Đặt một vòng dây đồng bán kính r vào trong

một từ trường đều. Trường này choán đầy
một thể tích hình trụ bán kính R. Giả sử tăng
cường độ từ trường với tốc độ không đổi 
từ thông qua vòng dây tăng với tốc độ không
đổi  dòng điện và sức điện động cảm ứng
xuất hiện trên vòng dây. Từ định luật Lenz
 chiều dòng điện cảm ứng theo chiều
ngược kim đồng hồ. Như mô tả trên hình vẽ
Điện trường cảm ứng