Suất điện động cảm ứng là một khái niệm cơ bản trong lĩnh vực vật lý điện đặc biệt là trong lĩnh vực nghiên cứu dòng điện cảm ứng. Vậy liệu bạn đã hiểu được định nghĩa và các công thức tính của khái niệm này chưa? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé!
Dòng điện cảm ứng
Suất điện động cảm ứng là một khái niệm quan trọng trong nghiên cứu dòng điện cảm ứng. Chính vì vậy, bạn cần phải hiểu được thế nào là một dòng điện cảm ứng trước.
Dòng điện cảm ứng là dòng điện được sinh ra khi đưa một mạch điện kín vào phạm vi của một từ trường. Hiện tượng sinh ra dòng điện này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. Hiện tượng này được ứng dụng nhiều nhất để tạo ra dòng điện xoay chiều.
Suất điện động cảm ứng là gì?
Định nghĩa Suất điện động
Suất điện động là đại lượng biểu hiện công của lực để di chuyển một hạt mang điện tích dương di chuyển ngược chiều điện trường từ cực âm tới cực dương của dòng điện.
Ký hiệu của suất điện động là ℰ và đơn vị của khái niệm này là vôn [V].
1 V = 1 J/C
Suất điện động cảm ứng
Suất điện động cảm ứng là suất điện động của dòng điện cảm ứng.
Các định luật và công thức suất điện động cảm ứng
Thí nghiệm & Định luật Faraday
Thí nghiệm Faraday
Thí nghiệm được thực hiện bởi nhà khoa học người Anh Michael Faraday. Thí nghiệm sử dụng một ống dây kim loại và mắc nối tiếp vào điện kế để tạo thành một mạch kín. Phía trên cuộn dây đặt một thanh nam châm 2 cực. Qua quá trình thực hiện thí nghiệm, nhà khoa học đã rút ra được những kết luận sau:
- Dòng điện cảm ứng sẽ đổi chiều khi di chuyển nam châm ra sao
- Tốc độ di chuyển nam châm càng nhanh, cường độ của dòng điện cảm ứng càng lớn
- Nếu giữ nam châm đứng yên, , cường độ của dòng điện cảm ứng sẽ bằng 0
Nếu thí nghiệm được thực hiện với một cuộn dây có dòng điện chạy qua, kết quả cũng tương tự như vậy. Kết quả của thí nghiệm chính là tiền đề để Faraday xây dựng nên định luật mang tên mình.
>>>>>Tham khảo: Trọng lực là gì? Đặc điểm, tính chất và các khái niệm liên quan
Định luật Faraday
Suất điện động cảm ứng của một mạch kín bằng âm biến thiên thời gian của từ thông bao quanh nó. Và chịu ảnh hưởng trực tiếp từ sự thay đổi của từ thông.
Định luật này chỉ ra mối quan hệ mật thiết giữa từ thông và độ lớn của suất điện động cảm ứng. Tốc độ biến thiên từ thông đi qua mạch kín càng lớn thì ec của mạch đó càng lớn
Theo những yếu tố kết luận được từ định luật trên, ta có thể đưa ra được hai công thức sau liên hệ trực tiếp với ec là:
ec = ΔΦ / Δt
Trong đó:
ec là suất điện động cảm ứng của mạch kín
ΔΦ là biến thiên từ thông đi qua mạch kín
Δt là thời gian từ thông đi qua mạch kín
Nếu chỉ xét riêng về độ lớn thì công thức có thể được thể hiện như sau:
|ec| = |ΔΦ| / |Δt|
Định luật Len-xơ
Định luật Len-xơ là tổng hợp các yếu tố giúp xác định chiều của dòng điện cảm ứng. Định luật này có thể được phát biểu như sau:
Dòng điện cảm ứng sẽ có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra sẽ có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra dòng điện. Định luật này có thể biểu diễn toán học dưới dạng một phương trình như sau với là ký hiệu của dòng điện cảm ứng:
Khi diễn giải định luật này, ta có thể rút ra kết luận: Nếu từ thông qua mạch kín tăng, từ trường cảm ứng sẽ được sinh ra nhằm mục đích chống lại sự tăng lên của từ thông. Lúc này, từ trường cảm ứng sẽ có chiều ngược với từ trường ngoài.
Ngược lại, khi từ thông qua mạch kín giảm, từ trường cảm ứng sẽ có tác dụng chống là sự giảm của từ thông. Chính vì vậy mà lúc này, từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài.
Định luật Len-xơ đã đảm bảo phù hợp với định luật bảo toàn năng lượng cơ bản của vật lý. Khi mà chúng ta phải tốn công để biến thiên từ thông [dịch chuyển vị trí của thanh nam châm so với mạch kín] và công đã được chuyển hóa thành điện năng của dòng điện cảm ứng.
Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ
Ứng dụng lớn nhất của hiện tượng cảm ứng điện từ chính là để chế tạo dòng điện xoay chiều. Trong đó, các thiết bị tiêu biểu của ứng dụng này chính là máy phát điện xoay chiều 3 pha và động cơ điện xoay chiều 3 pha.
Trên đây là bài viết tổng hợp các kiến thức liên quan về khái niệm suất điện động cảm ứng và hiện tượng cảm ứng điện từ. Đừng quên truy cập vào website Kiến thức máy móc của chúng tôi nếu bạn muốn cập nhật thêm nhiều kiến thức bổ ích về lĩnh vực vật lý.
23:31:5725/11/2019
Bài viết này chúng ta cùng tìm hiểu suất điện động cảm ứng là gì? Công thức định luật Fa-ra-đây [Faraday] về dòng điện cảm ứng được viết ra sao? Suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ [Lenz] có mối quan hệ như thế nào?
I. Suất điện động cảm ứng trong mạch kín
1. Suất điện động cảm ứng là gì?
- Định nghĩa: Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
2. Định luật Fa-ra-đây [Faraday]
- Xét biến thiên từ thông Δϕ trong thời gian Δt trong mạch kín [C] do sự dịch chuyển của mạch.
- Công do lực từ tác dụng vào mạch: ΔA=i.Δϕ với i là cường động dòng điện cảm ứng.
- Áp dụng định luật Len-xơ, công của ngoại lực sinh ra để gây ra biến thiên từ thông trong mạch là:
ΔA′=−ΔA=−i.Δϕ [*]
- Công ΔA′ chính là giá trị phần năng lượng bên ngoài cung cấp cho mạch:
ΔA′=ec.i.Δt [**]
- Trong đó: ec suất điện động cảm ứng [tương tự như điện năng do một nguồn điện sinh ra]
- Từ [*] và [**] ta có, công thức suất điện động cảm ứng là:
- Nếu chỉ xét về độ lớn thì:
• Định luật Fa-ra-đây: Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín đó.
II. Quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luận Len-xơ
• Sự xuất hiện dấu "-" trong công thức suất điện động cảm ứng 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 ϕ tăng thì ec 0: Chiều của suất điện động cảm ứng là chiều của dòng điện trong mạch.
III. 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.
- Như vậy, bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ đã nêu ở trên là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.
IV. Bài tập Suất điện động cảm ứng
* Bài 1 trang 152 SGK Vật Lý 11: Phát biểu các định nghĩa:
- Suất điện động cảm ứng.
- Tốc độ biến thiên của từ thông.
° Lời giải bài 1 trang 152 SGK Vật Lý 11:
◊ Suất điện động cảm ứng
- Là suất điện động gây ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
- Suất điện động cảm ứng trong mạch được xác định bằng biểu thức:
- Dấu [-] trong công thức là phù hợp với định luật Len-xơ, ΔΦ là độ biến thiên từ thông qua mạch [C] trong thời gian Δt.
◊ Tốc độ biến thiên của từ thông:
* Bài 2 trang 152 SGK Vật Lý 11: Nêu ít nhất ba ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.
° Lời giải bài 2 trang 152 SGK Vật Lý 11:
◊ Hiện tượng cảm ứng điện từ là cơ sở:
- Chế tạo máy phát điện một chiều, xoay chiều.
- Chế tạo máy biến thế.
- Chế tạo động cơ không đồng bộ 3 pha,...
* Bài 3 trang 152 SGK Vật Lý 11: Phát biểu nào dưới đây là đúng?
Khi một mặt kín phẳng, quay xung quanh một trục nằm trong mặt phẳng chứa mạch trong một từ trường, thì suất điện động cảm ứng đổi chiều 1 lần trong
A.Một vòng quay.
B.2 vòng quay.
C.1/2 vòng quay.
D.1/4 vòng quay.
° Lời giải bài 3 trang 152 SGK Vật Lý 11:
◊ Chọn đáp án: C. 1/2 vòng quay.
- Giả sử, ban đầu từ thông qua mạch bằng không.
- Trong nửa vòng tay đầu, từ thông qua mạch tăng dần đến giá trị cực đại [khi
- Trong nửa vòng quay cuối, từ thông qua mạch giảm dần từ giá trị cực đại xuống 0 thì ec > 0: chiều của suất điện động cảm ứng là chiều của mạch.
⇒ Như vậy suất điện động cảm ứng trong mạch sẽ đổi chiều một lần trong 1/2 vòng quay.
* Bài 4 trang 152 SGK Vật Lý 11: 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=5Ω.
° Lời giải bài 4 trang 152 SGK Vật Lý 11:
- Suất điện động cảm ứng trong mạch: |ec|=ir=10 [V].
- Độ biến thiên từ thông qua mạch kín:
- Kết luận: Tốc độ biến thiên của từ trường là 103 [T/s].
* Bài 5 trang 152 SGK Vật Lý 11: Một khung dây dẫn hình vuông cạnh a=10cm, đặt cố định trong một từ trường đềucó vectơ cảm ứng từ vectơ B vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thời gian Δt=0,05s; cho độ lớn của vectơ B tăng từ 0 đến 0,5T. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.
° Lời giải bài 5 trang 152 SGK Vật Lý 11:
- Suất điện động cảm ứng trong khung:
- Kết luận: Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung là 0,1 [V].
* Bài 6 trang 152 SGK Vật Lý 11: Một mạch kín tròn [C] bán kính R, đặt trong từ trường đều, trong đó vectơ cảm ứng từ B lúc đầu có hướng song song với mặt phẳng chứa [C] [hình 24.4]. Cho [C] quay đều xung quanh trục Δ cố định đi qua tâm của [C] và nằm trong mặt phẳng chứa [C]; tốc độ quay là ω không đổi. Xác định suất điện động cảm ứng cực đại xuất hiện trong [C].
° Lời giải bài 6 trang 152 SGK Vật Lý 11:
- Công thức từ thông:
Cho [C] quay đều xung quanh trục ∆ cố định đi qua tâm của [C] và nằm trong mặt phẳng chứa [C] ; tốc độ quay là ω không đổi ⇒ α[t] = ωt.
⇒ Từ thông tại thời điểm t: Φ[t] = BScosωt
- Suất điện động cảm ứng:
⇒ Suất điện động cảm ứng cực đại là:
Hy vọng với bài viết về Suất điện động cảm ứng, Công thức định luật Faraday về cảm ứng điện từ và bài tập vận dụng ở trên sẽ giúp các em hiểu rõ hơn, mọi góp ý và thắc mắc các em hãy để lại bình luận dưới bài viết để được hỗ trợ giải đáp.
¤ Xem thêm các bài viết khác tại:
» Mục lục SGK Hóa học 11 Lý thuyết và Bài tập
» Mục lục SGK Vật lý 11 Lý thuyết và Bài tập