Lý 11 Bài 24: Suất điện động cảm ứng

a) Định nghĩa

Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

b) Định luật Fa- ra- đây

• Suất điện động cảm ứng: \({e_C} =  - \frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}\)

• Nếu chỉ xét về độ lớn của  \({e_C}\) thì:

\(\left| {{e_C}} \right| = \left| {\frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}} \right|\)

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

• Sự xuất hiện dấu (-) trong biểu thức  của \({e_C}\) là phù hợp với định luật  Len-xơ.

• Trước hết mạch kín (C) phải được định hướng. Dựa vào chiều đã chọn trên (C), ta chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thông qua mạch kín.

• Nếu \(\Phi \) tăng thì \({e_C}\) < 0: chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) ngược chiều với chiều của mạch.

• Nếu \(\Phi \) giảm thì \({e_C}\) > 0: chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) cùng chiều với chiều của mạch.

• Xét mạch kín (C) đặt trong từ trường không đổi, để tạo ra sự biến thiên của từ thông qua mạch (C), phải có một ngoại lực tác dụng vào (C) để thực hiện một dịch chuyển nào đó của (C) và ngoại lực này đã sinh một công cơ học. Công cơ học 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 đã nêu ở trên là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

- Chế tạo máy phát điện xoay chiều

- Chế tạo động cơ điện xoay chiều.

Một khung dây dẫn hình vuông, cạnh a = 10cm, đặt cố định trong một từ trường đều có vec tơ cảm ứng từ  vuông góc với mặt khung. Trong  khoảng thời gian = 0,05s cho  độ lớn của  tăng đều từ 0 đến 0,5 T. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.

Hướng dẫn giải

• Độ lớn của suất điện động cảm ứng là: \(\left| {{e_C}} \right| = \left| {\frac{{\Delta \phi }}{{\Delta t}}} \right|\)
• Lại có: \(\phi  = B.S.\cos \alpha \) (\(\alpha  = \left( {\vec n,\vec B} \right) = {0^0} \Rightarrow c{\rm{os}}\alpha {\rm{ = 1}}\))

• Từ thông qua mạch lúc đầu là: \({\phi _1} = {B_1}S\cos \alpha  = 0.0,01.1 = 0Wb\)
• Từ thông qua mạch lúc sau là: \({\phi _2} = {B_2}S\cos \alpha  = 0,5.0,01.1 = {5.10^{ - 3}}Wb\)

⇒ Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung: 

\(\left| {{e_C}} \right| = \left| {\frac{{\Delta \phi }}{{\Delta t}}} \right| = \left| {\frac{{{\phi _2} - {\phi _1}}}{{\Delta t}}} \right| = \left| {\frac{{{{5.10}^{ - 3}} - 0}}{{0,05}}} \right| = 0,1V\)

Vậy, độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung là 0,1 V.

Một mạch kín hình vuông, cạnh 10cm , đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của từ trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng \(i = 2A\) và điện trở của mạch \(r = 5 \Omega\).

Hướng dẫn giải

Áp dụng biểu thức của định luật Ôm, ta có: \(i = \frac{{{e_C}}}{r}\)

• Suất điện động cảm ứng: 

\(|e_c| = ri = 5.2 = 10V\)

• Mặt khác \(e_c =|\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}|= \left| {\frac{{\Delta B.S}}{{\Delta t}}} \right| = \left| {\frac{{\Delta B}}{{\Delta t}}} \right|S\)

Đổi đơn vị: \(S = {a^2} = {({10.10^{ - 2}})^2}\)

• Suy ra tốc độ biến thiên của cảm ứng từ:

|\(\frac{\Delta B }{\Delta t}|=\frac{|e_{c}|}{S}=\frac{10}{10.10^{2}}=10^3T/s\)

Vậy, tốc độ biến thiên của cảm ứng từ là:

|\(\frac{\Delta B }{\Delta t}|=10^3T/s\)

Câu 1: Một khung dây dẫn đặt vuông góc với một từ trường đều, cảm ứng từ B có độ lớn biến đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của cảm ứng từ, biết rằng cường độ dòng điện cảm ứng là I_c = 0,5 A, điện trở của khung là R = 2Ω và diện tích của khung là S = 100 cm².

Câu 2: Một khung dây hình tròn bán kính 20 cm nằm toàn bộ trong một từ trường đều mà các đường sức từ vuông với mặt phẳng vòng dây. Trong khi cảm ứng từ tăng từ 0,1 T đến 1,1 T thì trong khung dây có một suất điện động không đổi với độ lớn là 0,2 V, thời gian duy trì suất điện động đó là bao nhiêu?

Câu 3: Một khung dây hình chữ nhật kính gồm N = 10 vòng dây, diện tích mỗi vòng S = 20 cm² đặt trong một từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ B hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây góc 60^o, độ lớn cảm ứng từ B = 0,04 T, điện trở khung dây R = 0,2Ω. Tính cường độ dòng điện xuất hiện trong khung dây nếu trong thời gian 0,01 giây, cảm ứng từ giảm đều từ B đến 0.

Câu 4: Khi từ trường qua một cuộn dây gồm 100 vòng dây biến thiên, suất điện động cảm ứng xuất hiện trên mỗi vòng dây là 0,02mV. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên cuộn dây có giá trị là bao nhiêu?

Câu 5: Một khung dây phẳng, diện tích 20cm², gồm 10 vòng dây đặt trong từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ B = 2.10^-4T, góc giữa \(\overrightarrow B \) và véctơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây là 60^o. Làm cho từ trường giảm đều về 0 trong thời gian 0,01s. Độ lớn của suất điện động cảm ứng sinh ra trong khung dây là bao nhiêu?

Câu 1: Một khung dây dẫn diện tích S đặt vuông góc với đường sức của từ trường đều có cảm ứng từ B. Nếu trong thời gian 2 giây, cảm ứng từ giảm đi một nửa thì suất điện động cảm ứng trong khung có độ lớn là:

A. e_c = B.S

B.e_c = B.S/2

C. e_c = B.S/4

D. e_c = 2.B.S.

Câu 2: Một nam châm thẳng có từ trường hướng vào lòng ống dây. Trong trường hợp nào dưới đây suất điện động trong ống dây lớn nhất?

A. Nam châm tiến lại gần ống dây với tốc độ v

B. Ống dây tiến lại gần nam châm với tốc đọ v

C. Nam châm và ống dây tiến ra xa với tốc độ v

D. Nam châm và ống dây tiến lại gần nhau với tốc độ v

Câu 3: Khi cho nam châm chuyển động qua một mạch kín, trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng. Điện năng của dòng điện được chuyển hoá từ

A. hoá năng

B. quang năng

C. cơ năng

D. nhiệt năng

Câu 4: Suất điện động cảm ứng trong mạch tỉ lệ với

A. độ lớn của từ thông qua mạch.

B. tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.

C. độ lớn của cảm ứng từ.

D. thời gian xảy ra sự biến thiên từ thông qua mạch.

Câu 5: Phát biểu nào sau đây không đúng? Suất điện động cảm ứng trong một mạch

A. Có thể tồn tại mà không sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó

B. Chỉ xuất hiện khi có từ thông qua mạch

C. Tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch

D. Chỉ xuất hiện khi có sự biến thiên từ thông qua mạch

Qua bài giảng Suất điện động cảm ứng này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Viết được công thức tính suất điện động cảm ứng.

• Vận dụng thành thạo định luật Len- xơ để xác định chiều dòng điện cảm ứng, công thức tính suất điện động cảm ứng để làm các bài tập đơn giản.