CHỦ ĐỀ 3. TỪ TRƯỜNG. BÀI 3. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
CHỦ ĐỀ 3. TỪ TRƯỜNG. BÀI 3. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
Khởi động
Khởi động
Khởi động
Dòng điện tạo ra từ trường ở không gian xung quanh nó. Từ trường có gây ra dòng điện được không?
Trả lời
Khi số đường sức từ xuyên qua một vòng dây dẫn kín thay đổi sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng.
Từ thông
Định nghĩa
Định nghĩa
Từ thông qua diện tích S: Φ = BScosα Trong đó, α là góc hợp bời cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến của mặt phẳng có diện tích S. Khi 0° ≤ α < 90° ⇒ Φ > 0 Khi α = 90° ⇒ Φ = 0 Khi 90° < α ≤ 180° ⇒ Φ < 0
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Đơn vị đo từ thông
Đơn vị đo từ thông
Một weber (1 Wb) là từ thông đi qua diện tích 1 m² vuông góc với cảm ứng từ B, khi cảm ứng từ có độ lớn là 1 T. Đơn vị của từ thông là vêbe (Wb). 1 Wb = 1T. 1m²
Hiện tượng cảm ứng điện từ
Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ
Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ
Thí nghiệm 1
Ảnh
Ảnh
Thí nghiệm 2
Thí nghiệm 2
Ảnh
Kết luận
Kết luận
Kết quả của các thí nghiệm trên và nhiều thí nghiệm tương tự khác nữa chứng tỏ rằng: Mỗi khi từ thông qua mặt giới hạn bởi mạch điện kín biến thiên theo thời gian thì trong mạch xuất hiện dòng điện. Dòng điện xuất hiện khi có sự biến thiên từ thông qua mạch điện kín được gọi là dòng điện cảm ứng. Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín được gọi là suất điện động cảm ứng. Như vậy, ta cũng có thể nói khi có sự biến thiên của từ thông qua một mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng là hiện tượng cảm ứng điện từ và hiện tượng này chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.
Định luật Lenz
Định luật Lenz
Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông qua mạch kín.
Ảnh
Định luật Faraday
Đơn vị của cảm ứng từ
Thực nghiệm chứng tỏ rằng, độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch kín đó. Phát biểu trên là định luật Faraday về cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng trong mạch điện kín là: trong đó, ΔΦ là độ biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch điện kín. Trường hợp cuộn dây có N vòng thì
Ảnh
Ảnh
Luyện tập
Luyện tập
Khung dây MNPQ quay trong từ trường đều. Tìm chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây tại thời điểm mặt phẳng khung dây song song với phương của đường sức từ (Hình 3.7).
Trả lời
Dựa vào chiều quay của khung dây (mũi tên màu đỏ) và hướng của cảm ứng từ (đường màu xanh) sử dụng quy tắc bàn tay trái xác định được chiều của dòng điện chạy theo chiều NMQP. Tuy nhiên đây là dòng điện cảm ứng sinh ra do hiện tượng cảm ứng điện từ nên chiều dòng điện sẽ ngược lại có chiều MNPQ. Kiểm chứng lại bằng quy tắc bàn tay phải xác định chiều dòng điện cảm ứng.
Ảnh
Vận dụng định luật Lenz và định luật Faraday
Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường
Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường
Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường: Đặt bàn tay phải sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, ngón cái choãi ra 90° chỉ chiều chuyển động của dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện cảm ứng.
Ảnh
Ảnh
Ví dụ vận dụng các định luật Lenz và Faraday
Ví dụ vận dụng các định luật Lenz và Faraday
Ví dụ 1 Một đoạn dây dẫn MN chuyển động trên hai thanh kim loại trong từ trường đều có cảm ứng từ (Hình 3.10). Trong đoạn dây MN có suất điện động cảm ứng nên nó có thể được coi là một nguồn điện. Tìm các cực của nguồn điện này.
Ảnh
Ảnh
Giải
Giải Khi đoạn dây MN chuyển động từ trái qua phải, dòng điện cảm ứng có chiều MNPQ. Do đó, nếu coi MN là nguồn điện thì M đóng vai trò cực âm, N đóng vai trò cực dương của nguồn điện này.
Giải thích một số ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ
Hãm chuyển động bằng điện từ
Hãm chuyển động bằng điện từ
Cho một đĩa kim loại dao động trong không khí, đĩa sẽ dao động trong một thời gian xác định. Khi cho đĩa dao động giữa hai cực từ của một nam châm (Hình 3.11) thì thời gian đĩa dao động sẽ ngắn hơn. Điều này có thể được giải thích như sau: Khi đĩa đi vào từ trường, nó cắt các đường sức từ và do đó trong đĩa xuất hiện suất điện động cảm ứng. Vì đĩa là chất dẫn điện nên suất điện động cảm ứng tạo ra dòng điện trong đĩa. Những dòng điện này được gọi là dòng điện xoáy hay dòng điện Foucault (Fu-cô). Chúng có đặc điểm là chạy theo các đường cong kín trong khối vật dẫn. Theo định luật Lenz, các dòng điện cảm ứng chạy trong đĩa sẽ tạo ra lực cản trở chuyển động, làm cho dao động bị tắt dần nhanh.
Làm giảm tác hại của dòng điện xoáy
Làm giảm tác hại của dòng điện xoáy
Để giảm tác hại của dòng điện xoáy, người ta không dùng lõi sắt dạng khối liền, mà dùng những lá thép silicon mỏng có phủ lớp sơn cách điện ghép sát với nhau. Ngoài ra, những lá mỏng này lại dược đặt song song với dường sức từ. Bằng cách đó, tuy không loại bỏ được hoàn toàn dòng điện xoáy, nhưng làm giảm được cường độ của nó một cách đáng kể.
Ảnh
Hiện tượng cảm ứng giữa hai cuộn dây
Hiện tượng cảm ứng giữa hai cuộn dây
Ảnh
Luyện tập
Luyện tập
Hình 3.13 mô tả sơ lược sơ đồ nguyên lí hoạt động của một loại đàn ghita điện. Phía dưới mỗi dây đàn có một nam châm được đặt bên trong một cuộn dây dẫn. Cuộn dây dẫn được nối với máy tăng âm. Đoạn dây đàn ở sát bên trên nam châm bị từ hoá. Khi gảy đàn thì trong cuộn dây có dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng này được biến đổi qua máy tăng âm và loa làm ta nghe được âm do dây đàn phát ra. Giải thích vì sao khi gảy đàn thì trong cuộn dây có dòng điện cảm ứng.
Ảnh
Giải
Giải Khi gảy đàn, đoạn dây gần nam châm bị nhiễm từ dao động và tạo ra sự biến thiên từ thông qua cuộn dây của bộ cảm ứng, từ đó tạo ra một suất điện động cảm ứng. Tín hiệu điện được đưa đến một bộ khuếch đại và loa, tạo ra sóng âm thanh mà chúng ta nghe được.
Ảnh
Mô hình sóng điện từ
Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên
Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên
Khi một từ trường biến thiên theo thời gian sẽ sinh ra một điện trường xoáy trong không gian xung quanh và ngược lại, khi một điện trường biến thiên theo thời gian sẽ sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh.
Ảnh
Mô hình sóng điện từ
Mô hình sóng điện từ
Nếu tại điểm O có một điện trường biến thiên thì theo kết luận của Maxwell, tại vùng lân cận sẽ xuất hiện một từ trường biến thiên Tiếp theo, vì có từ trường biến thiên, nên lại xuất hiện một điện trường biến thiên ở vùng lân cận khác, rồi tương tự, lại xuất hiện ... Cứ như thế điện trường và từ trường lan truyền trong không gian như hình minh hoạ. Quá trình lan truyền điện từ trường trong không gian được gọi là sóng điện từ.
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Hình 3.20
Ảnh
Ảnh
Vectơ cường độ điện trường
- Vectơ cường độ điện trường luôn vuông góc với vectơ cảm ứng từ cả hai vectơ này luôn vuông góc với phương truyền sóng. Do đó, sóng điện từ là sóng ngang. - Cả và đều biến thiên điều hoà theo không gian và thời gian và luôn đồng pha. - Sóng điện từ truyền được trong chân không. - Sóng điện từ tuân theo quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa và nhiễu xạ giống như sóng cơ.
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Luyện tập
Luyện tập
Ở hai vị trí A và B cách nhau 1 km có hai nguồn phát sóng điện từ giống hệt nhau. Tín hiệu mà máy thu sóng nhận được có như nhau tại các vị trí khác nhau không? Tại sao?
Trả lời
Công suất phát sóng của hai nguồn như nhau nhưng do khoảng cách địa lí, môi trường truyền, vật cản trên đường truyền làm cho sóng điện từ bị khúc xạ, phản xạ, giao thoa, nhiễu xạ nên tín hiệu ở máy thu tại hai vị trí có thể khác nhau chút ít.
Vận dụng
Vận dụng
Vận dụng
Giá trị cực đại của suất điện động cảm ứng trong một khung dây quay trong từ trường có mối liên hệ với độ lớn của cảm ứng từ B, diện tích tiết diện thẳng của cuộn dây S, số vòng dây N và tần số quay f của khung dây. Sử dụng định luật Faraday hãy giải thích tại sao suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với các đại lượng này.
Trả lời
Trả lời
Suất điện động cảm ứng: Suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với độ lớn của cảm ứng từ B, diện tích tiết diện thẳng của cuộn dây S, số vòng dây N và tần số quay f của khung dây
Ảnh
Cảm ơn
Ảnh