Picture of the author
Picture of the author
SGK Vật Lý 11»Cảm Ứng Điện Từ»Bài 23: Từ thông - Cảm ứng điện từ

Bài 23: Từ thông - Cảm ứng điện từ

Lý thuyết Từ thông - Cảm ứng điện từ Vật Lý 11 bộ sách giáo khoa. Nay chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu lý thuyết và bài tập minh họa một cách đầy đủ, dễ hiểu.

Xem thêm

I. Khái niệm từ thông

1. Định nghĩa từ thông

bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-01

Giả sử có một diện tích phẳng S được đặt trong từ trường đều, có  hợp với pháp tuyến  của diện tích S một góc α. Từ thông qua diện tích S được tính bằng công thức:

Φ =  BScosα

+ Khi α = 00 thì Φmax=BS

+ Khi α = 900 thì Φ = 0

2. Đơn vị từ thông là vêbe (Wb)

+ Từ Φ = BScosa ⇒ Khi B = 1 T, S = 1 m2 và α = 0 thì Φ = 1 Wb. Vậy, 1 Wb = 1T.1m2.

3. Ý nghĩa của từ thông

Từ thông qua diện tích S bằng số đường sức qua diện tích S đặt vuông góc với đường sức.

II. Hiện tượng cảm ứng điện từ

bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-02

1. Dòng điện cảm ứng

+ Dòng điện xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch điện kín gọi là dòng điện cảm ứng.

2. Suất điện động cảm ứng – Hiện tượng cảm ứng điện từ

+ Trong mạch kín có dòng điện cảm ứng thì trong mạch phải tồn tại suất điện động cảm ứng. 

+ Suất điện động cảm ứng trong mạch xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín.

+ Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

III. Chiều dòng điện cảm ứng định luật lenxơ

Định luật Len-xơ xác định chiều của dòng điện cảm ứng:

“Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó”.

IV. Định luật fa-ra-đay về cảm ứng điện từ

Độ lớn suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.

  hoặc  

+ ΔΦ là độ biến thiên của từ thông qua mạch trong khoảng thời gian Δt;

+ gọi là tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.

Chú ý: Khi mạch là một khung dây phẳng có N vòng thì suất điện động cảm ứng trong khung có thể viết

  hoặc  

với Φ là từ thông qua diện tích giới hạn bởi một vòng dây.

V. Sự chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ

Trong hiện tượng cảm ứng điện từ, để tạo ra sự biến thiên từ thông qua mạch thì phải có ngoại lực tác dụng để dịch chuyển mạch (hoặc nam châm). Ngoại lực này đã sinh một công cơ học, công này làm xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch nghĩa là tạo ra điện năng.

Vậy bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

VI. Bài tập luyện tập về từ thông cảm ứng điện từ của trường Nguyễn Khuyến

Câu 1. Dùng định luật Len-xơ để tìm chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch abcd.

bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-03

  1. Nam châm rơi theo phương thẳng đứng dọc theo trục vòng dây abcd.

  2. Đóng khóa K.

  3. Khung dây di chuyển ra xa dây dẫn.

ĐÁP ÁN

Khi nam châm lại gần mạch abcd:

+ Gọi là cảm ứng từ do nam châm tạo ra: do nam châm tạo ra có chiều ‘vào Nam ra Bắc’ của cực nam châm.

+ cảm ứng từ do dòng điện cảm ứng IC tạo ra

a. Nam châm rơi lại gần mạch abcd.

+ Từ thông Φ qua mạch tăng nên  do IC tạo ra ngược chiều  

 có hướng ra khỏi mặt abcda nên mặt abcda là mặt Bắc

⇒ Dòng IC ngược chiều kim đồng hồ hình vẽ H1.

bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-04

Khi nam châm rời xa mạch abcd:

+  ↑ ↑  từ thông qua mạch abcda giảm nên mặt abcda là mặt Nam

Dòng có chiều abcda hình vẽ H2.

  bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-05

b. K đóng I qua mạch tăng ⇒  tăng từ thông qua mạch abcd tăng

 ↑ ↓  Ic có chiều abcda hình vẽ (B)

 bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-06

c. Khung dây di chuyển ra xa dây dẫn ⇒  giảm.

Từ thông qua mạch giảm ⇒  ↑ ↑  . Dòng IC có chiều abcd như hình vẽ (C).

bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-07

Câu 2. Một vòng dây dẫn phẳng có S = 5 cm2 đặt trong từ trường đều B = 0,1 T. Mặt phẳng vòng dây hợp với góc 30o. Tính từ thông qua S.

ĐÁP ÁN

S = 5 cm2 = 5.10-4 m2; B = 0,1 T

+ Mặt phẳng vòng dây hợp với  góc 300

Góc giữa vevtơ pháp tuyến hợp với  là α = 60o

+ Từ thông qua vòng dây: 

 


Câu 3. Một khung dây hình vuông cạnh a = 10 cm đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 T. Hãy tính từ thông gửi qua khung trong các trường hợp sau:

  1. Cảm ứng từ hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây một góc 600.

  2. Mặt phẳng khung dây hợp với cảm ứng từ một góc 600.

  3. Các đường sức từ có hướng song song với mặt phẳng khung dây.

ĐÁP ÁN

a = 10 cm = 0,1 m; B = 0,5 T

a. Cảm ứng từ  hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây một góc 60o ⇒ α = 60o

Từ thông qua khung dây:

  

bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-08

 b. Mặt phẳng khung dây hợp với cảm ứng từ  một góc 60o ⇒ Cảm ứng từ  hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây một góc ⇒ α = 90o - 60= 30o

+ Từ thông qua khung dây:

 

bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-09

 c. Các đường sức từ có hướng song song với mặt phẳng khung dây ⇒ α = 90o

 

bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-10

Câu 4. Một cuộn dây dẫn phẳng có 1000 vòng đặt trong từ trường đều sao cho các đường cảm ứng từ vuông góc mặt phẳng cuộn dây. Diện tích phẳng mỗi vòng dây S = 2 dm2. Cảm ứng từ trường giảm đều từ 0,5 T đến 0,2 T trong 0,1 s.

  1. Tìm độ biến đổi từ thông.

  2. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây là bao nhiêu ?

  3. Hai đầu cuộn dây nối với R = 60 Ω. Tìm cường độ dòng điện qua R.

ĐÁP ÁN

 N = 1000; S = 2 dm2; B1 = 0,5 T; B2 = 0,2 T; Δt = 0,1 s; α = 0.

a. Độ biến đổi từ thông.

ΔΦ = Φ2 - Φ1 = N.ΔB.S  = - 6 Wb

b. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây:


c. Hai đầu cuộn dây nối với R = 60 Ω. Cường độ dòng điện qua R:


Câu 5.  Một cuộn dây phẳng có 100 vòng, bán kính cuộn dây là 0,1 m. Cuộn dây đặt trong từ trường và vuông góc với các đường cảm ứng từ. Ban đầu B1 = 0,2 T. Tìm suất điện động cảm ứng trong cuộn dây, nếu trong thời gian 0,1 s:

  1. B tăng gấp đôi.

  2. B giảm dần đến không.

ĐÁP ÁN

N = 100 vòng; R =  0,1 m; α = 0 ; B1 = 0,2 T; Δt = 0,1 s;

Φ1 = B1.S ; Φ2 = B2.S ;

S = πR2 ; ΔΦ = Φ2 - Φ1 =S(B2 - B1)   

Suất điện động cảm ứng trong cuộn dây.

a. B tăng gấp đôi ta có:

= 6,283 V

b. B giảm dần đến không.

= 6,283 V

Câu 6.  Khung dây MNPQ cứng phẳng, diện tích 25 cm2, gồm 10 vòng dây. Khung dây được đặt trong từ trường đều. Vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây và có chiều như hình vẽ a) . Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian như hình b).

bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-12

  1. Tính độ biến thiên từ thông qua một vòng dây của khung kể từ lúc t = 0 đến t = 0,4 s.

  2. Xác định suất điện động cảm ứng trong khung.

  3. Tìm chiều dòng điện cảm ứng trong khung.

ĐÁP ÁN

bai-23-tu-thong-cam-ung-dien-tu-hinh-11

S = 25 cm2 = 25.10-4 m2, N = 10 vòng

a. Độ biến thiên từ thông:

 

b. Suất điện động cảm ứng trong khung


Dòng điện cảm ứng có chiều MQPNM

c.   ↓ Từ thông qua mạch giảm nên   ↑ ↑  

 


Giáo viên: Ngô Thành

Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến

Tác giả: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến - Tổ Vật Lý

Bài 24: Suất Điện Động Cảm Ứng