SGK Vật Lí 11 - Bài 24. Suất điện động cảm ứng

'24 Suất ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG
Trong các bài trên, ta đã khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ chủ yếu về mặt định tính, về mặt định lượng, cường độ dòng điện cám ứng được xác định như thế nào ?
I - SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG MẠCH KÍN
ĐỊnh nghĩa
Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một mạch kín (C) chứng tỏ tồn tại một nguồn điện trong mậch đó. Suất điện động của nguồn này được gọi là suất điện động cảm ứng. Vậy có thể định nghĩa :
Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
HI
Định luật Fa-ra-đây
Giả sử tại mạch kín (C) đặt trong một từ trường (Hình 24.2), từ thông qua mạch biến thiên một lượng Ad> trong một khoảng thời gian At. Giả sử sự biến thiên từ thông này được thực hiện qua một dịch chuyển nào đó của mạch. Trong, dịch chuyển này, lực từ tác dụng lên mạch (C) đã sinh một công AA. Người ta đã chứng minh được rằng :
AA = fA
với i là cường độ dòng điện cảm ứng. Theo định luật Len-xơ, lực từ tác dụng lên mạch (C) luôn cản hở chuyển động tạo ra biến thiên từ thông. Do đó, AA là một công cản. Vậy, để thực hiện sự dịch chuyển của (C) (nhằm tạo ra sự biến thiên của ) phải có ngoại lực tác dụng lên (C) và trong chuyển dời nói trên, ngoại lực này đã sinh công thắng công cản của lực từ :
Hình 24.2
Suất điện động cảm ứng trong mạch kín
Công AA' có độ lớn bằng phần năng lượng do bên ngoài cung cấp cho mạch (C) và được chuyển hoá thành điện năng của suất điện động cảm ứng ec (tưcrng tự như điện năng do một nguồn điện sản ra) trong khoảng thời gian Ar. Theo công thức (8.5), ta có :
AA' = ecỈÁt	(24.2)
So sánh hai công thức của AÂ' là (24.1) và (24.2), ta suy ra công thức của suất điện động cảm ứng :
(24.3)
(24.4)
Thương số
AO
Ar
biểu thị độ biến thiên từ thông
Nếu chỉ xét độ lớn của ec (không kể dấu) thì :
Nghiệm lại rằng, trong công thức (24.4), hai vế đều có cùng đơn vị.
qua mạch (C) trong một đơn vị thời gian, thương số này được gọi là tốc độ biến thiên từ thông qua mạch. Vậy công thức (24.4) được phát biểu như sau :
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.
Phát biểu này được gọi là định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ - định luật Fa-ra-đây.
II - QUAN HỆ GIỮA SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG VÀ ĐỊNH LÙẬT LEN-XỢ
Sự xuất hiện dấu trừ (-) trong công thức (24.3) là để 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 (C) (d> là một đại lượng đại số).
Nếu o tăng thì ec < 0 : Chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) ngược với chiều của mạch.
Nếu giảm thì ec > 0 : Chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) là chiều của mạch.
- CHUYÊN HOÁ NĂNG LƯỢNG TRONG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
Trong hiện tượng cảm ứng điện từ trên đây, để tạo ra sự biến thiên từ thông qua mạch (C), phải có ngoại lực tác dụng vào (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. đã tạo ra điện năng. Vậy bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ đã nêu ở trên là quá trình chuyển hoá cơ năng thành điện năng.
Fa-ra-đây là người đầu tiên khám phá ra hiện tượng cảm ứng điện từ và định luật cơ bản về hiện tượng này. Đóng góp của Fa-ra-đây đã mở ra một triển vọng to lớn trong thế kỉ XIX về một phương thức sản xuất điện năng mới, làm nền tảng cho công cuộc điện khí hoá - cuộc Cách mạng khoa học công nghệ lần thứ hai trong lịch sử tiến hoá của nhân loại.
PF Xác định chiều của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín (C) trên Hình 24.3 khi nam châm :
Khi từ thông qua một mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch kín đó xuất hiện suất điện động cảm ứng và do đó tạo ra dòng điện cảm ứng.
Suất điện động cảm ứng có giá trị cho bởi:
ec At
AO
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Phát biểu các định nghĩa :
Suất điện động cảm ứng ;
Tốc độ biến thiên từ thông.
Nêu ít nhất ba ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ. .
Phát biểu nào dưới đây là đúng ?
Khi một mạch 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 một lần trong
A. 1 vòng quay. B. 2 vòng quay.
_ 1 , _ 1
c. A vòng quay. D. A vòng quay.
Một mạch kín hình vuông, cạnh 10 cm, đặt vuông góc với một từ trường đéu có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của cảm ứng từ, biết cường độ dòng điện cảm ứng /' = 2 A và điện trở của mạch r = 5 íỉ.
Một khung dây dẫn hình vuông, cạnh a = 10 cm, đặt cố định trong một từ trường đếu có vectơ cảm ứng từ B vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thòi gian Af = 0,05 s, cho độ lớn của B tăng đéu từ 0 đến 0,5 T. Xác định độ lón của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.
6*. Một mạch kín tròn (C) bán kính R, đặt trong tù trường đéu, trong đó vecto cảm ứng từ B lúc đáu có huớng song song vói mặt phẳng chứa (C) (Hình 24.4). Cho (C) quay đếu xung quanh trục A có định đi qua tâm của (C) và nằm trong mặt phẳng chứa (C); tốc độ quay là Cừ không đổi.
Xác định suất điện động cảm ứng cực đại xuất hiện trong (C).