CHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Bài 23. TỪ THÔNG - CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

I. Từ thông

1. Định nghĩa

Đại lượng $\phi$ xác định bằng công thức $\phi$ = BScos$\alpha$ được gọi là từ thông qua diện tích S ($\alpha$ là góc hợp bởi $\vec{B}$ và vectơ pháp tuyến dương $\vec{n}$ của S, hướng của $\vec{n}$ tùy ý chọn).

2. Đơn vị đo từ thông

Trong hệ SI, đơn vị đo từ thông là vêbe (Wb).

II. Hiện tượng cảm ứng điện từ

- Mỗi khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch kín (C) xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong (C) gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

- Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.

III. Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng

- Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng của có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.

- Khi từ thông qua (C) biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên.

IV. Dòng điện Fu-cô (FOUCAULT)

a) Dòng điện cảm ứng cũng xuất hiện trong các khối kim loại khi đặt những khối này chuyển động trong từ trường hoặc được đặt trong một từ trường biến thiên theo thời gian. Những dòng điện cảm ứng đó được gọi là dòng điện Fu-cô.

b) Tính chất và công dụng của dòng điện Fu-cô:

+ Do tác dụng của dòng Fu-cô, mọi khối kim loại chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của những lực hãm điện từ. Tính chất này được ứng dụng trong các bộ phanh điện từ của những ôtô hạng nặng.

+ Dòng điện Fu-cô cũng gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun.

B. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý

1. Mô tả được các thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ.

2. Phát biểu được định nghĩa từ thông, nêu được ý nghĩa của nó. Nhận xét về sự thay đổi từ thông trong các hiện tượng cảm ứng điện từ.

3. Hiểu và phân biệt được hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng.

4. Phát biểu định luật Len-xơ, áp dụng được định luật này để xác định chiều dòng điện cảm trong các hiện tượng cảm ứng điện từ. Cần nắm được là khi từ thông tăng thì chiều của các đường sức từ của từ trường được sinh ra bởi dòng điện cảm ứng trong mạch kín phải ngược với chiều của các đường sức từ của từ thông tăng và ngược lại.

5. Mô tả được thí nghiệm làm xuất hiện dòng điện Fu-cô. Hiểu được bản chất của dòng điện Fu-cô và giải thích được sự xuất hiện của dòng điện Fu-cô.

6. Trình bày được các tác dụng của dòng điện Fu-cô. Nêu được một vài ứng dụng của dòng Fu-cô và một vài ví dụ về trường hợp dòng Fu-cô có hại.

7. Biết được dòng điện Fu-cô là dòng điện cảm ứng bên trong vật dẫn dạng khối. Đặc tính căn bản của dòng Fu-cô là tính chất xoáy trong khối vật dẫn.

C. ĐỀ BÀI TẬP

Bài 1

Trong các yếu tố sau đây, từ thông của một vòng dây kín, phẳng đặt trong từ trường phụ thuộc các yếu tố nào?

I. Diện tích được giới hạn bởi vòng dây

II. Cảm ứng từ

III. Bản chất kim loại làm vòng dây

IV. Vị trí vòng dây trong từ trường

A. I, III, IV

B. I, II, III, IV

C. I, II, IV

D. I, II, III

Bài 2

Trong trường hợp nào sau đây, ống dây dẫn sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng?

A. Ống dây đứng yên, nam châm chuyển động đi xuống

B. Ống dây và nam châm chuyển động cùng chiều với cùng vận tốc

C. Ống dây và nam châm chuyển động ngược chiều nhau với cùng vận tốc

D. Cả A và C đều có

Bài 3

Chọn câu đúng trong các câu sau.

Dòng điện cảm ứng là dòng điện:

A. xuất hiện trong mạch kín khi mạch kín chuyển động trong từ trường

B. xuất hiện trong mạch kín khi từ thông qua mạch biến thiên

C. chạy qua cuộn dây khi cuộn dây đặt trong từ trường

D. cả A, B, C đều đúng

Bài 4

Chọn câu đúng.

Chiều của dòng điện cảm ứng

A. là chiều chuyển động của mạch kín trong từ trường

B. cùng chiều của từ trường

C. được xác định bởi định luật Len-xơ

D. cả A, B, C đều sai

Bài 5

Chọn câu đúng.

Dòng điện Fu-cô:

A. là dòng điện chạy trong khối vật dẫn đặc khi khối vật dẫn chuyển động trong từ trường

B. gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt

C. làm giảm chuyển động quay của động cơ. Do đó làm giảm công suất của động cơ

D. cả A, B, C đều đúng

Bài 6

Một khung dây dẫn hình chữ nhật có kích thước 6cm x 4cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.$10^{-5}$T. Vectơ cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung 1 góc 30°. Tính từ thông qua khung dây dẫn đó.

Bài 7

Một vòng dây dẫn kín, tròn bán kính R = 10cm đặt trong từ trường đều B = 4.$10^{-4}$T. Từ thông qua vòng dây dẫn $\phi$ = $6,28\sqrt{3}.10^{-6}$Wb. Tính góc hợp bởi cảm ứng và pháp vectơ của vòng dây đó.

Bài 8

Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng trong vòng dây trong các trường hợp sau:

a) Tịnh tiến vòng dây $C_{2}$ lại gần vòng dây $C_{1}$.

b) nam châm chuyển động lại gần vòng dây (C).

c) Tịnh tiến ống dây lại gần vòng dây (C)

Bài 9

Một khung dây phẳng, diện tích S, đặt trong mặt phẳng nằm ngang. Khung có thể quay quanh một trục xx' nằm ngang. Toàn bộ khung dây đặt trong từ trường đều có vectơ $\vec{B}$ hợp với pháp tuyến $\vec{n}$ của khung một góc 45°. Quay khung một góc 90° quanh trục xx'. Tính độ biến thiên của từ thông.

Bài 10

Một khung dây hình chữ nhật gồm 50 vòng, diện tích của khung 6cm x 5cm. Khung được đặt trong từ trường đều B = 3.$10^{-2}$T, các đường sức từ hợp với mặt phẳng khung một góc 30°.

a) Tịnh tiến khung dây trong từ trường thì từ thông qua khung biến thiên như thế nào?

b) Quay khung 1 góc 180° quanh cạnh MN. Tính độ biến thiên của từ thông.

c) Quay khung 1 góc 360° quanh cạnh MN. Tính độ biến thiên của từ thông.

D. HƯỚNG DẪN GIẢI

Bài 1. C

Bài 2. D

Bài 3. B

Bài 4. C

Bài 5. D

Bài 6

Từ thông qua khung dây dẫn:

$\phi$ = BScos$\alpha$ = 2.$10^{-5}$.24.$10^{-4}$$\large \frac{1}{2}$

$\phi$ = 24.$10^{-9}$Wb

Bài 7

Từ thông qua vòng dây:

$\phi$ = B.Scos$\alpha$

(với S = $\pi R^{2}$)

cos$\alpha$ = $\large \frac{\sqrt{3}}{2}$ ⇒ $\alpha$ = 30° hay ($\small \vec{B}$,$\small \vec{n}$) = 30°

Bài 8

a) Đưa vòng dây $C_{2}$ lại gần vòng dây $C_{1}$ → từ thông qua $C_{2}$ tăng lên → theo định luật Lenxơ. Từ trường do dòng điện cảm ứng trong dây $C_{2}$ sinh ra ngược với từ trường ban đầu ($\vec{B}_{c}$ ngược với $\vec{B}_{d}$). Dùng quy tắc nắm tay phải, dòng điện cảm ứng trong $C_{2}$ có chiều như hình vẽ.

b) Tương tự dòng điện cảm ứng trong (C) có chiều như hình vẽ.

c) Vì khi ống dây lại gần vòng dây (C) $\phi$ tăng → $\vec{B}_{d}$ và $\vec{B}_{c}$ ngược chiều. Theo định luật Lenxơ dòng điện trong C có chiều như hình vẽ.

Bài 9

+ Lúc đầu từ thông $\phi _{1}$ = B.S.cos45°

+ Khi quay khung 1 góc 90° từ thông qua khung: $\phi$ = B.S.cos135°

$\phi_{2}$ = - B.S.cos45°

⇒ Độ biến thiên của từ thông: $\Delta \phi$ = $\phi_{2}$ - $\phi _{1}$ = -2BScos45°

Bài 10

a) Từ thông qua khung không đổi ⇒ $\Delta \phi$ = 0

b) Lúc đầu ($\vec{B}$,$\vec{n}$) = 90° – 30° = 60°

⇒ $\phi _{1}$ = N.B.S.cos60° = 50.3.$10^{-2}$.30.$10^{-4}$.0,5 = 225.$10^{-5}$Wb

Sau khi quay 180° ⇒ $\alpha$ = 120° ⇒ $\phi_{2}$ = N.B.S.cos120°

$\phi_{2}$ = 50.3.$10^{-2}$.30.$10^{-4}$(-0,5) = -225.$10^{-5}$Wb

⇒ Độ biến thiên của từ thông $\Delta \phi$ = $\phi_{2}$ - $\phi _{1}$ = -450.$10^{-5}$Wb

c) Quay khung 360° ⇒ khung trở về vị trí cũ ⇒ $\phi_{2}$ = $\phi _{1}$ = 225.$10^{-5}$Wb

⇒ $\Delta \phi$ = 0