Suất điện động cảm ứng

ctvdehoctot1 | 4 năm trước | 660 lượt xem | Để Học Tốt Vật Lý 11

Bài 24. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG

A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

I. Suất điện động cảm ứng trong mạch kín

1. 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-day

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.

Ta có $e_{c}$ = $\large \frac{-\Delta \phi }{\Delta t}$; nếu chỉ xét độ lớn thì $\mid e_{c}\mid$ = $\large \mid \frac{\Delta \phi }{\Delta t}\mid$

II. Suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ

Sự xuất hiện dấu trừ (-) trong công thức tính $e_{c}$ là để phù hợp với định luật Len-xơ.

Nếu $\phi$ tăng thì $e_{c}$ < 0: Chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) ngược với chiều của mạch.

Nếu $\phi$ giảm thì $e_{c}$ > 0: Chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) là chiều của mạch.

III. Chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ

Trong hiện tượng cảm ứng điện từ, để tạo ra sự biến thiên từ thông qua mạch kín phải có ngoại lực tác dụng vào mạch kín và ngoại lực này đã sinh ra 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 hóa cơ năng thành điện năng.

B. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý

1. Định nghĩa được suất điện động cảm ứng điện từ trong mạch kín.

2. Trình bày được định luật Fa-ra-day về cảm ứng điện từ, hiểu và vận dụng được công thức của định luật Fa-ra-day về cảm ứng điện từ để tính suất điện động cảm ứng.

3. Hiểu được sự thể hiện của định luật Len-xơ trong biểu thức tính được suất điện động cảm ứng.

4. Trình bày được sự chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ.

C. ĐỀ BÀI TẬP

Bài 1

Chọn câu đúng.

Suất điện động cảm ứng

A. là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín

B. có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch

C. luôn luôn có giá trị âm

D. cả A và B đều đúng

Bài 2

Trong các yếu tố sau đây, suất điện động cảm ứng trong cuộn dây phụ thuộc các yếu tố nào?

I. Kích thước cuộn dây

II. Số vòng dây

III. Bản chất kim loại dùng làm cuộn dây

IV. Độ biến thiên của từ thông trong 1 đơn vị thời gian

A. I, II, III, IV

B. II, III, IV

C. II, IV

D. III, IV

Bài 3

Một khung dây dẫn có N vòng được đặt trong từ trường đều sao cho các đường cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung một góc 30°. Diện tích mặt phẳng được giới hạn bởi mỗi vòng dây là 2$dm^{2}$. Cảm ứng của từ trường giảm đều từ 0,5T đến 0,2T trong thời gian 0,1s sinh ra suất điện động cảm ứng trong khung là 30V. Số vòng dây N là:

A. 1000 vòng

B. 2000 vòng

C. 500 vòng

D. 100 vòng

Bài 4

Một khung dây phẳng, diện tích 20$cm^{2}$, gồm 10 vòng được đặt trong từ trường đều. Vectơ cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung dây 1 góc 30° và có độ lớn 2.$10^{-4}$T. Người ta làm cho từ trường giảm đều đến 0 trong khoảng thời gian 0,01s. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi là;

A. 2.$10^{-4}$V

B. 2.$10^{-3}$V

C. 0,2.$10^{-4}$V

D. $2\sqrt{3}.10^{-4}$V

Bài 5

Một cuộn dây phẳng có 100 vòng dây, bán kính cuộn dây là 0,1m. Cuộn dây được đặt trong từ trường đều và mặt phẳng cuộn dây vuông góc với đường cảm ứng từ. Lúc đầu cảm ứng từ của từ trường có giá trị 0,2T. Tìm suất điện động cảm ứng trong cuộn dây nếu trong khoảng thời gian 0,1s:

a) Cảm ứng từ của từ trường tăng đều đặn gấp đôi.

b) Cảm ứng từ của từ trường giảm đều đặn đến không.

Bài 6

Cho biết từ thông qua một vòng dây kín biến thiên theo thời gian như hình vẽ.

Trong khoảng thời gian nào trong vòng dây có dòng điện cảm ứng. Tính suất điện động cảm ứng trong những khoảng thời gian đó.

Bài 7

Từ trường qua một vòng dây bán kính 12cm điện trở 8,5$\Omega$ thay đổi theo thời gian như hình vẽ. Tính suất điện động trong vòng dây như một hàm của thời gian trong các khoảng thời gian:

a) từ t = 0 đến t = 2s

b) từ t = 2s đến t = 4s

c) từ t = 4s đến t = 6s

Biết từ trường đều vuông góc với mặt phẳng của vòng dây.

Bài 8

Một khung dây ABCD phẳng, diện tích 25$cm^{2}$, gồm 10 vòng dây, khung được đặt trong từ trường đều. Vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây và có chiều như hình vẽ. Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian như hình bên.

a) Tính tốc độ biến thiên của từ thông qua khung kể từ lúc t = 0, t = 0,5s.

b) Xác định suất điện động cảm ứng trong khung.

c) Tìm chiều của dòng điện cảm ứng trong khung.

Bài 9

Một vòng dây phẳng có diện tích giới hạn 80$cm^{2}$ đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ 0,3.$10^{-3}$T và vuông góc với mặt phẳng vòng dây. Vectơ cảm ứng từ đột ngột đổi hướng ngược lại và sự đổi hướng diễn ra trong thời gian $10^{-3}$s. Suất điện động xuất hiện trong khung là:

A. 4,8.$10^{-2}$V

B. 4,8.$10^{-3}$V

C. 2,4.$10^{-2}$V

D. 2,4.$10^{-3}$V

Bài 10

Một khung dây dẫn phẳng kín ABCD các cạnh a = 10cm có 500 vòng. Khung chuyển động thẳng đều tiến lại khoảng không gian có từ trường đều $\vec{B}$ (hình vẽ). Trong khi chuyển động, các cạnh AB và CD luôn luôn nằm trên hai đường thẳng song song. Tính cường độ dòng điện trong khung trong khoảng thời gian từ khi cạnh CB của khung bắt đầu gặp từ trường đến khi toàn bộ khung vừa vặn nằm trong từ trường. Chỉ rõ chiều dòng điện trong khung. Biết điện trở của khung là 3$\Omega$, vận tốc của khung là 1,5 m/s và cảm ứng từ B = 0,005T.

D. HƯỚNG DẪN GIẢI

Bài 1. D

Bài 2. C

Bài 3. A

Bài 4. A

Bài 5

a) Giả sử ($\vec{B}$, $\vec{v}$) = 0, $\phi _{1}$ = BS, $\phi _{2}$ = 2BS

⇒ $\Delta \phi$ = $\phi _{2}$ - $\phi _{1}$ = BS

b) $\phi _{1}$ = BS, $\phi _{2}$ = 0 ⇒ $\Delta \phi$ = -BS

Bài 6

+ Trong khoảng thời gian:

từ 0 → 10s từ thông qua khung tăng

20s → 40s từ thông qua khung giảm

⇒ Trong khung xuất hiện dòng điện cảm ứng.

+ 0 → 10s: $e_{c}$ = $\large \mid \frac{\Delta\phi }{\Delta t}\mid$ = $\large \frac{0,5}{10}$ = 0,05V

+ 20 → 40s: $e_{c}$ = $\large \mid \frac{\Delta\phi }{\Delta t}\mid$ = $\large \frac{0,5}{20}$ = 0,025V

Bài 7

a) Suất điện động trong vòng dây: $e_{c}$ = - $\large \mid \frac{\Delta\phi }{\Delta t}\mid$ = -S.$\large \frac{\Delta B}{\Delta t}$

$e_{c}$ = - 0,01130V

b) $\Delta B$ = 0 ⇒ $e_{c}$ = 0

c) $\Delta B$ = -0,5T, $\Delta t$ = 2s

Bài 8

Độ biến thiên của từ thông qua khung:

a) $\Delta \phi$ = $\phi _{1}$ - $\phi _{0}$ = NBS = 10.25.$10^{-4}$.3.$10^{-4}$ = 0,75.$10^{-5}$Wb

b) $e_{c}$ = $\large \mid \frac{\Delta\phi }{\Delta t}\mid$ = $\large \frac{0,75.10^{-5}}{0,5}$ = 1,5 .$10^{-5}$ V

c) Từ thông qua khung tăng nên từ trường do dòng điện cảm ứng sinh ra ngược chiều với $\vec{B}$ ban đầu, tức $\vec{B}_{c}$ có hướng từ trong ra ngoài → dòng điện cảm ứng có chiều ADCBA.

Bài 9

Giả sử lúc đầu ($\vec{B}$, $\vec{n}$) = $\vec{0}$ ⇒ $\phi _{0}$ = BS.cos$\alpha _{0}$ = BS

Lúc sau ($\vec{B}$, $\vec{n}$) = 180° ⇒ $\phi$ = +BScos$\alpha$ = -BS