Bồi dưỡng Vật lý - Chủ đề: Cảm ứng điện từ

Chủ đề 5: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Bài toán 1: TỪ THÔNG VÀ DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG 1). Tính từ thông : Φ = BScosα α - B : cảm ứng từ (T) - S : diện tích mặt phẳng (m2) - α = - Φ : từ thông (Wb) → Từ thông là số đường sức từ đi qua tiết diện S của một khung dây dẫn đặt trong từ trường đều 2). Hiện tượng cảm ứng điện từ và chiều dòng điện cảm ứng ♣ Hiện tượng cảm ứng điện từ : Khi Φ qua mạch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện dòng điện cảm ứng . ♣ Chiều dòng điện : Dòng điện xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu sinh ra nó . Cần nhớ : Sự biến thiên của từ thông Nam châm : thay đổi vị trí , thay đổi từ tính Mạch kín : thay đổi vị trí , thay đổi hình dạng 3). Tính suất điện động cảm ứng : ec = ♣ : tốc độ biến thiên từ thông ♣ Trường mạch điện là một khung dây có N vòng dây : ec = ♣ Định luật Faraday : Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua nó: TỪ THÔNG VÀ CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG Bài 1. 1: Hãy cho biết chiều dòng điện cảm ứng ? 1). Tăng từ trường B qua khung dây, bằng cách dịch chuyển nam châm lại gần khung dây . N Bắc S Nam I ► Từ thông Φ tăng → Có dòng điện cảm ứng → Có từ trường cảm ứng BC Mà BC chống lại sự tăng B → BC và B ngược chiều Áp dụng QT nắm tay phải → chiều dòng điện cảm ứng cùng chiều kim đồng hồ . Cần nhớ : Đối với nam châm có chiều vào nam ra bắc 2). Diện tích chứa từ trường B giảm bằng cách dịch chuyển khung dây lệch đi so với nam châm . N S ► Từ thông Φ giảm → Có dòng điện cảm ứng → Có từ trường cảm ứng BC BC chống lại sự giảm của B → BC và B cùng chiều Áp dụng QT nắm tay phải → Chiều dòng điện ngược chiều kim đồng hồ . (C) 3). Chiều của dòng điện cảm ứng trong các thí nghiệm sau : Nam châm chuyển động tịnh tiến ra xa mạch (C) N S Mạch (C) chuyển động tịnh tiến lại gần nam châm Mạch (C) quay xung quanh nam châm . Nam châm quay liên tục ► * Nam châm chuyển động tịnh tiến ra xa → Φ giảm → B giảm → B và BC cùng chiều → chiều dòng điện ngược chiều KĐH . * Mạch (C) chuyển động tịnh tiến lại gần → Φ tăng → B tăng → B và BC ngược chiều → chiều dòng điện cùng chiều KĐH . * Mạch (C) quay quanh nam châm → Φ không đổi → ic = 0 * Nam châm quay liên tục → Φ biến thiên tuần hoàn → ic xoay chiều . Bài 1.2. Hãy cho biết : 1). Từ thông qua diện tích S giới hạn bởi hình vuông ABCD cạnh a = 5 cm , đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,2T . Xét các trường hợp : vuông góc với diện tích S song song với diện tích S hợp với pháp tuyến của diện tích S góc α = 600 2). Góc hợp bởi vecto cảm ứng từ với mặt phẳng của khung dây ? Biết một khung dây hình vuông có cạnh a = 10 cm , đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,1T . Biết từ thông qua khung là Φ = 5.10-4 Wb . Đ/S 1). 5.10-4 Wb ; 0 và 25.10-5 Wb 2). 300 SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG Bài 1.3. Hãy cho biết : 1). Từ thông qua khung dây ? Biết một khung dây hình vuông có cạnh là a = 10 cm , đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 2 mT sao cho các đường sức từ hợp góc 300 so với mặt phẳng khung dây . ► α = 900 – 300 = 600 → Φ = BScosα 2). Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi ? Biết một khung dây phẳng, diện tích 25 cm2 gồm 50 vòng dây đặt trong một từ trường đều . Vecto cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 300 và có độ lớn 0,05T . Người ta làm cho cảm ứng từ B tăng từ 0,05T đến 0,1T trong khoảng thời gian 10-2 s . ► eC = ∆Φ = B.S.cosα = ∆B.S.cosα = (0,1 – 0,05).25.10-4.cos(900 – 300) = 6,25.10-3 (Wb) → eC = 31,25.10-2 V . 3). Suất điện động cảm ứng ec và cường độ dòng điện cảm ứng ic xuất hiện trong khung ? Biết một khung dây dẫn phẳng giới hạn diện tích S = 100 cm2 , có điện trở R = 0,1 Ω . Khung dây đặt trong từ trường đều có vecto cảm ứng từ hợp với pháp tuyến của diện tích S góc α = 600 . Cho độ lớn cảm ứng từ thay đổi với tốc độ . ► ec = = 5.10-4 (V) ic = = 5.10-3 (A) 4). Giá trị của cạnh hình vuông a ? Biết một khung dây hình vuông có cạnh a gồm N = 2 vòng dây . Khung dây được đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,4 T sao cho các đường sức vuông góc với mặt phẳng của khung và từ thông qua khung bằng 4.10-4 Wb . ► Φ = N.B.S.cosα → S S = a2 → a = 22,36 mm . Đ/S 1). 10-5 Wb 2). 31,25.10-2 V 3). 5.10-4 V và 5.10-3 A 4). 22,36 mm Bài 1.4. Hãy cho biết : 1). Độ lớn của suất điện động cảm ứng , chiều và độ lớn của dòng điện cảm ứng ? Biết một khung dây hình vuông có cạnh a = 20 cm , điện trở R = 2 Ω được đặt trong một từ trường đều có vecto cảm ứng từ hợp với pháp tuyến của khung một góc α = 600 . Cho từ trường B tăng dần đều giá trị từ 0 đến B = 0,2 T trong thời gian ∆t = 0,001 s . α ► ec = Vì tăng nên ngược chiều so với → chiều dòng điện cảm ứng ngược chiều kim đồng hồ ic = 2). Độ lớn của cảm ứng từ B ? Biết một khung dây có 1800 vòng được nối vào một điện kế , điện trở tổng cộng bằng 45 Ω . Diện tích của khung bằng 4,5 cm2 . Khung được duy chuyển từ miền từ trường bằng 0 vào miền từ trường khác 0 , khi di chuyển luôn giữ pháp tuyến của khung theo hướng đường sức từ . Điện tích sinh ra trong mạch được đo bằng 8,9.10-3 C . ► i = Đ/S 1). 4V và 2 A 2). 0,5 T CẦN NHỚ 1). Chiều dòng điện cảm ứng Khi Φ giảm, cùng chiều và Φ tăng và ngược chiều → chiều dòng điện ic ngược chiều kim đồng hồ khi đi vào U → chiều dòng điện ic cùng chiều kim đồng hồ khi đi ra ž 2). Suất điện động cảm ứng Khi và cùng vuông góc với đoạn dây dẫn chuyển động , đồng với hợp với một góc α thì suất điện động cảm ứng : Bài 1.4. Trên hai thanh ray song song nằm ngang , hai đầu được nối với nhau bằng một điện trở R có đặt một thanh kim loại MN vuông góc với hai ray . Khoảng cách giữa hai ray là . Hệ thống được đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ hướng lên trên . Cho MN dịch chuyển theo ray với vận tốc không đổi v , cường độ dòng điện chạy qua thanh MN khi đó có chiều từ M đến N . Xác định chiều chuyển động của thanh . P M Q N ► Chiều dòng điện từ M → N nên B và Bc ngược chiều → MN chuyển động sang phải . Bài 1.5. Hai thanh ray song song nằm ngang cách nhau một khoảng = 20 cm , điện trở không đáng kể được nối với nhau bằng điện trở R = 0,5 Ω . Một thanh kim loại MN có điện trở r = 0,3 Ω , đặt lên hai ray và vuông góc với hai ray ( M và N tiếp xúc với hai ray) . Hệ thống được đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,1T có phương thẳng đứng hướng lên trên . Kéo cho thanh kim loại trượt sang trái theo phương song song với hai ray vận tốc không đổi v = 10 m/s . 1). Xác định chiều và cường độ dòng điện qua thanh kim loại . 2). Tìm hiệu điện thế giữa hai đầu MN . N R < M ► MN dịch chuyển sang trái thì diện tích mạch kín giảm → Φ giảm → B và Bc cùng chiều → ic có chiều từ N đến M . ec = B.l.v.sin 900 = 0,2 V ic = = 0,25 A 2). UMN = ic . R