Lý thuyết và bài tập Hiện tượng cảm ứng điện từ

HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG I.Khái niệm từ thông 1.Định nghĩa từ thông : Từ thông qua diện tích S được xác định bằng công thức với Quy ước : Chọn chiều của sao cho α là góc nhọn 2. Ý nghĩa của từ thông Dùng khái niệm từ thông để diễn tả số đường sức từ xuyên qua một diện tích nào đó. 3. Đơn vị từ thông : Trong hệ SI đơn vị của từ thông là vêbe ,kí hiệu là Wb. 1Wb = 1T.m2. II.Hiện tượng cảm ứng điện từ 1.Dòng điện cảm ứng: Dòng điện xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch kín gọi là dòng điện cảm ứng. 2.Suất điện động cảm ứng Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng . III..Định luật Len-xơ. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. IV.Định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ Độ lớn củasuất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch. Trong hệ SI, hệ số tỉ lệ k = 1 Theo định luật Len-xơ thì trong hệ SI suất điện động cảm ứng được viết dưới dạng : Trường hợp trong mạch điện là một khung dây có N vòng dây thì BÀI TẬP Bài 1: Xãy xác định chiều dòng điện trong khung dây I I tăng Bài 2. Một khung dây đặt trong từ trường đều, B = 5.10-2T. Mặt phẳng khung dây hợp với một góc 300. khung dây có diện tích S = 12cm2. Tính từ thông xuyên qua diện tích S Bài 3. Vòng dây tròn bán kính r = 10cm, điện trở R = 0,2. Đặt trong từ trường, mặt phẳng khung dây tạo với một góc 300. Lúc đầu B = 0,02T. Xác định suất điện động cảm ứng và dòng điện trong vòng dây nếu trong thời gian 0,01s, từ trường a. giảm từ B xuống không b. tăng từ không lên B Bài 4. Một khung dây dẫn phẳng hình vuông cạnh a = 10cm có thể quay quanh trục thẳng đứng trùng với cạnh của khung dây. Khung dây được đặt trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ nằm ngang, có độ lớn B = 10-2T. Ban đầu vuông góc với mặt phẳng khung dây, cho khung dây quay đều quanh trục quay trong khoảng thời gian 0,1 giây thì quay được 1 góc 900. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung là bao nhiêu? SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG MỘT ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG 1. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Khi đoạn dây dẫn chuyển động cắt các đường sức từ thì trong đoạn dây đó xuất hiện suất điện động (đóng vai trò như nguồn điện). Suất điện động trong trường hợp này cũng gọi là suất điện động cảm ứng. 2. Qui tắc bàn tay phải Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoan dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó. 3. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây: Khi đoạn dây dẫn chuyển động cắt các đường sức từ thì độ lớn của suất điện động trong đoạn dây đó là: = Blv Nếu và cùng vuông góc với đoạn dây, đồng thời hợp với một góc thì độ lớn của suất điện động suất hiện trong đoạn dây là: = Blvsin 4. Máy phát điện: Cấu tạo: Một khung dây có thể quay giữa hai cực của một nam châm. Hai đầu khung gắn với hai vành khuyên (đối với máy phát điện xoay chiều) hoặc gắn với hai vành bán khuyên (đối với máy phát điện 1 chiều). Hai chổi quét luôn tỳ lên vành khuyên (hoặc vành bán khuyên) Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ Khi khung quay, các cạnh của khung cắt các đường sức từ. Trong khung suất hiện suất điện động cảm ứng. Dòng điện được đưa ra mạch ngoài qua hai chổi quét. Mỗi chổi quét là một cực của nguồn điện + Nếu hai chổi quét tỳ lên 2 vành khuyên thì dòng điện đưa ra mạch ngoài là dòng điện có chiều thay đổi theo thời gian. Gọi là máy phát điện xoay chiều + Nếu hai chổi quét tỳ lên 2 vành bán khuyên thì khi dòng điện trong khung đổi chiều, vành bán khuyên đổi chổi quét nên dòng điện đưa ra mạch ngoài là dòng điện có chiều không đổi. Gọi là máy phát điện một chiều. BÀI TẬP Bài 1: Đoạn dây dẫn dài l = 1m chuyển động với vận tốc v = 0,5m/s theo phương hợp với một góc 300, B = 0,2T. Tính suất điện động xuất hiện trong dây dẫn R . R M N Bài 2. Một máy bay có chiều dài mỗi cánh 25m bay theo phương ngang với tốc độ 720km/h. Biết thành phần thẳng đứng của cảm ứng từ của trái đất B = 5.10-5T. Tìm hiệu điện thế xuất hiện ở hai đầu cánh máy bay Bài 3. Thanh MN khối lượng m = 2g trượt đều không ma sát với tốc độ v = 5m/s trên hai thanh thẳng đứng cách nhau l = 50cm được đặt trong từ trường đều nằm ngang như hình vẽ B = 0,2T Bỏ qua điện trở tiếp xúc. Cho g = 10m/s2 E r A B a. Tính suất điện động cảm ứng trong thanh MN b. Xác định lực từ và dòng điện trong thanh MN c. Tính R Bài 4. Thanh AB dài l = 20cm , khối lượng m= 10g, B = 0,1T, E = 1,2V, r =0,5 Do lực từ và lực ma sát AB trượt đều với tốc độ v = 10m/s. Bỏ qua điện trở dây và nơi tiếp xúc. a. Tìm dòng điện trong mạch và hệ số ma sát trượt b. Muốn cho dòng điện trong thanh AB chạy từ B đến A, cường độ 1,8A thì phải kéo thanh AB trượt đều heo chiều nào, vận tốc và lực kéo bao nhiêu? DÒNG ĐIỆN FU-CO. HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM I. Dòng điện FU-CO. 1. Định nghĩa: Dòng điện cảm ứng được sinh ra trong khối vật dẫn khi vật dẫn chuyển động trong từ trường (hay được đặt trong từ trường) biến đổi theo thời gian là dòng điện FU-CO. 2. Tác dụng của dòng điện FU-CO. a. Một vài ứng dụng dòng điện FU-CO. Gây ra lực để hãm chuyển động trong thiết bi máy móc hay dụng cụ. Dùng trong phanh điện từ của xe có tải trọng lớn. Nhiều ứng dụng trong Công tơ điện. b. Một vài ví dụ về trường hợp dòng điện FU-CO có hại. Làm nóng máy móc, thiết bị. Làm giảm công suất của động cơ. II. Hiện tượng tự cảm: 1. Định nghĩa Hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra 2. Suất điện động tự cảm: a. Hệ số tự cảm: L = 4π.10-7n2.V L: Hệ số tự cảm (Henry: H) V: Thể tích của ống dây (m3). b. Suất điện động tự cảm: BÀI TẬP 1. Một ống dây điện hình trụ có chiều dài 62,8cm gồm 1000vòng, mỗi vòng có diện tích 50cm2đặt trong không khí. Khi dòng điện qua ống dây tăng 10A trong khoảng thời gian 0,01s thì suất điện động tự cảm trong ống dây có độ lớn là: A. 1000V B. 1V C. 10V D. 100V 2. Dòng điêïn trong cuộn cảm giảm từ 16A đến 0 trong khoảng thời gian 0,01s; suất điện tự cảm trong ống dây có giá trị trung bình 64V, độ tự cảm của ống dây có giá trị : A. 4,0H B. 0,032H C. 0,25H D. 0,04H 3. Một thanh kim loại AB dài 10cm đặt nằm ngang có trục quay thẳng đứng qua A, được đặt trong từ trường đều có phương thẳng đứng , có độ lớn B = 10-2T. Trong khoảng thời gian 0,1giây quay được 1 vòng thì suất điện đôïng cảm ứng xuất hiện trên thanh AB là: A. 3,14.10-3V B. 0 C. 1,57.10-3V D. 15,7.10-3V 4. Chọn câu Sai Suất điện động tự cảm có giá trị lớn khi: A. dòng điện có giá trị lớn B. dòng điện tăng nhanh C. dòng điện giảm nhanh D. dòng điện biến thiên nhanh 5. Đơn vị của độ tự cảm là henry, với 1H bằng: A. 1J.A2 B. 1J/A2 C. 1V.A D. 1V/A 6. Một ống dây điện hình trụ có chiều dài 62,8cm gồm 1000vòng, mỗi vòng có diện tích 50cm2đặt trong không khí. Khi cho dòng điện cường độ bằng 4A chạy qua dây thì từ thông qua ống dây là: A. 0,04Wb B. 4Wb C. 0,004Wb D. 0,4Wb 7. Biểu thức năng lượng từ trường trong ống dây là: A. W = B. W = C. W = D. W = 8. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường không phụ thuộc vào: A. vận tốc chuyển động của đoạn dây dẫn B. tiết diện của đoạn dây dẫn C. độ dài của đoạn dây dẫn D. hướng của từ trường ÔN TẬP 1 .Một thanh dẫn điện MN dài 50cm chuyển động trong từ trường đều với vận tốc vuông góc với MN.Cảm ứng từ B = 0,8T. hợp với một góc 300. Suất điện động cảm ứng xuất hiện ở thanh MN khi v = 2m/s là A.0,6V B.0,4V C.0,5V D.0,8V 2.Chọn phát biểu sai: A.Một tấm kim loại dao động giữa hai cực một nam châm thì trong tấm kim loại xuất hiện dòng điện Phucô. B.Hiện tượng xuât hiện dòng điện Phu cô thực chất là hiện tượng cảm ứng điện từ C.Một tấm kim loại nối với hai cực một nguồn điện thì trong tấm kim loại xuất hiện dòng điện Phucô D.Dòng điện Phu cô trong lõi sắt của máy biến thế là dòng điện có hại 3.Một khung dây dẹt có 120vòng và bán kính vòng dây là 10cm.Cuộn dây được đặt trong từ trường đều, mặt khung dây vuông góc với .Lúc đầu B =0,3T.Suất điện động trong khung khi cảm ứng từ giảm đều từ 0,3T đến 0 trong thời gian 0,1s có giá trị là A.9,8V B.5,56V C.16,2V D.11,3V 4. Chọn câu đúng. A) Suất điện động xuất hiện ở một đoạn dây trong từ trường |ec| = Bvlsinq. B) Suất điện động tự cảm xuất hiện ở một ống dây khi dòng điện biến đổi chạy qua |etc| = . C) Suất điện động cảm ứng xuất hiện ở khung dây có N vòng dây |ec| = N. D) Suất điện động cảm ứng xuất hiện ở một dạng mạch |ec| = . 5. Một khung dây hình chữ nhật có các cạnh 5cm và 8cm gồm 25 vòng đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10-2T. Pháp tuyến của khung hợp với vectơ góc 600. Từ thông xuyên qua khung A) 2.10-4Wb B) 2. 10-3Wb C) 4. 10-4Wb D) 4. 10-3Wb 6. Một khung dây hình vuông cạnh a = 4cm gồm 20 vòng đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10-3T. Véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt khung. Quay khung 1800 quanh một cạnh của khung mất 10-2 giây. Lúc đầu pháp tuyến của khung song song cùng chiều với vectơ . Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung. A) 0,0128V B) -0,0128V C) 0,0256V D) – 0,0256V 7. Một thanh dây dẫn dài l = 40cm chuyển động trong từ trường vơi véc tơ vận tốc vuông góc với thanh. Cảm ứng từ của từ trường B = 6.10-2T. Vectơ cảm ứng từ hợp với véc tơ vận tốc một góc 300. Suất điện động cảm ứng xuất hiện ở dây dẫn 0,024V. Khi đó vận tốc v của đoạn dây A) 3m/s B) 2,4m/s C) 2m/s D) 1,8m/s 8. Một khung dây hình chữ nhật có các cạnh 8cm và 10cm gồm 200 vòng đặt trong từ trường có véc tơ cảm ứng từ song song cùng chiều với pháp tuyến của khung. Trong khoảng thời gian 0,1 giây cảm ứng từ của khung giảm từ 0,4T đến 0,2T. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung A) 3,2V B) 6V C) 8V D) 2V 9. Một cuộn dây có độ tự cảm L =1,2H. Dòng điện qua cuộn dây giảm dần đều từ 2,4A đến 1,2A trong thời gian 0,5 phút. Suất điện động cảm ứng xuất hiện ở cuộn dây trong khoảng thời gian dòng điện biến thiên A) 0,48V B) 2,88V C) 0,048V D) 1,44V 10: Hiện tượng tự cảm không xảy ra trong trường hợp : A. Dòng điện xoay chiều qua ống dây B. Dòng điện không đổi qua ống dây C.Dòng điện biến đổi qua ống dây D. Ngắt dòng điện không đổi qua ống dây I A B C D 11. Một khung dây dẫn ABCD đặt sát một dây dẫn thẳng có dòng điện. Xét các trường hợp sau: I. Cho khung quay quanh dây dẫn. II. Tịnh tiến khung dây xa dần dây dẫn. Ở trường hợp nào có dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây? I. C. Cả 2 trường hợp. II. D. Không có trường hợp nào.