Bài 24: Suất điện động cảm ứng
Video bài giảng
1. Suất điện động cảm ứng trong mạch kín
1.1. Định nghĩa
Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
1.2. Định luật Fa-ra-đây
.PNG)
Suất điện động cảm ứng trong 1 mạch kín
-
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
2. Quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ
-
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.
3. Chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ
.PNG)
-
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
Bài 1:
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:
Ta có:
Suất điện động cảm ứng:
\(e_c = ri = 5.2 = 10V\)
Mặt khác \(e_c =|\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}|=\frac{\Delta B }{\Delta t}.S\)
Suy ra:
\(\begin{array}{l}
\frac{{\Delta B}}{{\Delta t}} = \frac{{{e_c}}}{S}\\
= \frac{{10}}{{0,{1^2}}} = {10^3}T/s
\end{array}\)
Bài 2:
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 biến thiên của từ thông :
\(\Delta \Phi {\rm{ }} = \Delta B.S{\rm{ }} = \Delta B.{a^2}\)
Suất điện động cảm ứng :
\(\begin{array}{l}
|{e_c}| = |\frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}|\\
= \frac{{0,5}}{{0,05}}.{({10^{ - 1}})^2} = 0,1V
\end{array}\)
1. Suất điện động cảm ứng trong mạch kín
1.1. Định nghĩa
Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
1.2. Định luật Fa-ra-đây
Suất điện động cảm ứng trong 1 mạch kín
-
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
2. Quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ
-
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.
3. Chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ
-
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
Bài 1:
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:
Ta có:
Suất điện động cảm ứng:
\(e_c = ri = 5.2 = 10V\)
Mặt khác \(e_c =|\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}|=\frac{\Delta B }{\Delta t}.S\)
Suy ra:
\(\begin{array}{l}
\frac{{\Delta B}}{{\Delta t}} = \frac{{{e_c}}}{S}\\
= \frac{{10}}{{0,{1^2}}} = {10^3}T/s
\end{array}\)
Bài 2:
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 biến thiên của từ thông :
\(\Delta \Phi {\rm{ }} = \Delta B.S{\rm{ }} = \Delta B.{a^2}\)
Suất điện động cảm ứng :
\(\begin{array}{l}
|{e_c}| = |\frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}|\\
= \frac{{0,5}}{{0,05}}.{({10^{ - 1}})^2} = 0,1V
\end{array}\)