[Vật lý 11] Lý thuyết và bài tập Từ thông và Cảm ứng điện từ chuẩn SGK

Nội dung bài học về Từ thông và cảm ứng điện từ hôm nay sẽ giúp chúng ta giải đáp thắc mắc “trong điều kiện nào thì từ trường gây ra dòng điện” mà nhà Vật lý học Fa-ra-đây đã đặt ra. Cùng bắt tay vào học ngay thôi nào!

Bạn đang xem bài viết: Từ thông và Cảm ứng điện từ 

Từ thông

Từ thông qua một diện tích S đặt trong từ trường đều:

Φ=BScosα

(α là góc giữa pháp tuyến →n, →B

Ta có công thức từ thông qua khung dây có N vòng dây:

Φ=NBScosα

Trong đó:

    + Φ : từ thông (Wb) (ta đọc là phi)

    + B: cảm ứng từ (T)

    + α=(→n,→B)

    + N: số vòng dây

    + Đơn vị: Wb (vêbe)

Lưu ý: 1Wb = 1T.1m²

– Ý nghĩa của từ thông: diễn tả số đường sức từ xuyên qua diện tích S.

Xem thêm: [Vật lý 11] Tổng hợp lý thuyết Từ trường DỄ NHỚ CHUẨN SGK

Hiện tượng cảm ứng điện từ

Thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Cho nam châm dịch chuyển gần vòng dây kín (C) ta thấy tỏng mạch kín (C) xuất hiện dòng điện

Thí nghiệm 2: Cho nam châm dịch chuyển ra xa mạch kín (C) ta thấy trong mạch kín (C) xuất hiện dòng điện ngược chiều với thí nghiệm 1

Thí nghiệm 3: Giữ cho nam châm đứng yên và dịch chuyển mạch kín (C) ta cũng thu được kết quả tương tự

Thí nghiệm 4: Thay nam châm vĩnh cửu bằng nam châm điện. Khi thay đổi cường độ dòng điện trong nam châm điện thì mạch kín (C) cũng xuất hiện dòng điện.

Kết luận

• Tất cả các thí nghiệm trên đây đều có một đặc điểm chung là từ thông qua mạch kín (C) biến thiên. Dựa vào công thức định nghĩa từ thông, ta nhận thấy, khi một trong các đại lượng B, S,  hoặc α thay đổi vì từ thông biến thiên
• Kết quả của các thí nghiệm ấy và của nhiều thí nghiệm tương tự khác chứng tỏ rằng:

+ 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.

Định luật Len – xơ về chiều dòng điện cảm ứng

Trong chương trình Vật lý 11, định luật Len-xơ được phát biểu như sau: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ trường thông ban đầu qua mạch kín

Phát biểu khác của định luật Len-xơ: Khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ tường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên.

Định luật Faraday về cảm ứng điện từ

Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.

e_C=−ΔΦ/Δt

Dấu “-“ biểu thị định luật Len-xơ

Trong trường hợp mạch điện là một khung dây có N vòng dây thì: e_C=−NΔΦ/Δt

Dòng điện Fu – cô (Foucault)

Thực nghiệm chứng tỏ rằng dòng điện cảm ứng cũng xuất hiện trong các khối kim loại khi những khối này chuyển động trong một 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. Dòng điện Fu- cô là dòng điện cảm ứng nên nó cũng chống lại chuyển động tương đối của khối kim loại và tác dụng nhiệt làm nóng khối kim loại đó.

Dòng Fu-co có thể gây tác dụng có hại (chẳng hạn, làm nóng máy biến áp) hoặc có lợi (chẳng hạn, ứng dụng trong bộ phận phanh điện từ của một số ô tô, hoặc dùng để đốt nóng kim loại trong một số lò tôi kim loại).

Bài tập Từ thông và Cảm ứng điện từ

Bài 1: Một vòng dây phẳng giới hạn diện tích S = 5 cm² đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 0,1 T. Mặt phẳng vòng dây làm thành với → B một góc α = 30°. Tính từ thông qua S.

Hướng dẫn:

Mặt phẳng vòng dây làm thành với góc 30° nên góc giữa →B và pháp tuyến →n là 60°. Do đó: Φ = BScos(→n, →B) = 25.10^-6 Wb

Bài 2: Một khung dây phẳng giới hạn diện tích S = 5 cm² gồm 20 vòng dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ từ B = 0,1 T sao cho mặt phẳng khung dây hợp với véc tơ cảm ứng từ một góc 60°. Tính từ thông qua diện tích giới hạn bởi khung dây.

Hướng dẫn: 

Từ thông qua diện tích giới hạn bởi khung dây:

Φ = NBScos(→n, →B) = 8,7.10^-4 Wb

Bài 3: Một khung dây hình vuông cạnh 5 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 8.10^-4 T. Từ thông qua hình vuông đó bằng 10^-6 Wb. Tính góc hợp giữa véc tơ cảm ứng từ và véc tơ pháp tuyến của hình vuông đó.

Hướng dẫn:

Tổng kết

Chúng ta vừa tìm hiểu xong phần kiến thức Từ thông và Cảm ứng điện từ trong Vật lý 11 mà Công Thức Toán Lý Hóa chia sẻ. Hy vọng bài học hôm nay đã cung cấp các kiến thức hữu ích cho các bạn. Chúc các bạn học tập thật tốt!