Bài 23. Từ thông. Cảm ứng điện từ

Company Logo
KÍNH CHÀO QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN
BÀI 23: TỪ THÔNG
CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
CHƯƠNG V: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
I- TỪ THÔNG
1. Định nghĩa
Từ thông qua một mặt có diện tích S giới hạn bởi đường cong phẳng kín (C), đặt trong một từ trường đều có vecto cảm ứng từ là đại lượng được kí hiệu bởi và được xác định bởi biểu thức:
S
( C )
Hình 23.1: Định nghĩa từ thông
Trong đó:
là vectơ pháp tuyến có phương vuông góc với mặt S, có độ dài bằng đơn vị theo một hướng xác định.
là góc hợp bởi và
Khi tù( )thì suy ra:
I- TỪ THÔNG
Công thức định nghĩa trên chứng tỏ từ thông là một đại lượng đại số.
Khi nhọn( )thì suy ra:
Từ thông phụ thuộc vào ba yếu tố: B, S và góc
(C)
(C)
I- TỪ THÔNG
(C)
S
Khi thì suy ra:
Nói cách khác, khi các đường sức từ song song với mặt S thì từ thông qua S bằng 0
Trường hợp riêng, khi thì:
2. Đơn vị đo từ thông
Trong hệ đơn vị SI, đơn vị đo từ thông là vêbe (Wb). Trong công thức (23.2) nếu , thì:
(23.2)
I- TỪ THÔNG
3. Ý nghĩa của từ thông
Chọn
thì:
Ý nghĩa:
Đẳng thức trên gợi ý đưa ra quy định là vẽ các đường sức từ sao cho số đường sức xuyên qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với đường sức thì bằng trị số của cảm ứng từ B. Vậy, từ thông bằng số đường sức từ xuyên qua diện tích S đặt vuông góc với đường sức.
S
Người ta dùng khái niệm từ thông để diễn tả số đường sức từ xuyên qua một diện tích nào đó.
II- HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
1. Thí nghiệm
Một mạch kín (C) hai đầu nối vào điện kế G (có nhiệm vụ xác định chiều và cường độ dòng điện ). Giả sử (C) đặt trong từ trường của một nam châm SN. Ta chọn chiều dương trên mạch kín (C) phù hợp với chiều của đường sức từ của nam châm SN theo quy tắt nắm tay phải.
II- HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
a) Thí nghiệm 1.
Cho nam châm SN dịch chuyển lại gần mạch kín (C) đứng yên. Quan sát kim điện kế G
Nhận xét:
Khi nam châm chuyển động lại gần (C). Kim điện kế G bị lệch, chứng tỏ rằng trong (C) xuất hiện dòng điện i.
Khi nam châm ngừng chuyển động thì dòng điện i tắt.
Nam châm chuyển động càng gần vòng dây thì số lượng các đường sức từ xuyên qua vòng dây càng tăng. Từ thông càng tăng.
II- HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
b) Thí nghiệm 2.
Cho nam châm SN dịch chuyển ra xa mạch kín (C) đứng yên. Quan sát kim điện kế G
Nhận xét:
Khi nam châm chuyển động ra xa (C). Kim điện kế G bị lệch, chứng tỏ rằng trong (C) xuất hiện dòng điện i.
Khi nam châm ngừng chuyển động thì dòng điện i tắt.
Nam châm chuyển động càng xa vòng dây thì số lượng các đường sức từ xuyên qua vòng dây càng giảm. Từ thông càng giảm.
II- HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
c) Thí nghiệm 3.
Cho nam châm SN đứng yên và mạch (C) dịch chuyển lại gần hay ra xa nam châm, hoặc cho (C) quay xung quanh một trục song song với mặt phẳng chứa mạch hoặc làm biến dạng (C). Quan sát kim điện kế G
Nhận xét:
Khi vòng dây lại gần nam châm thì trong (C) xuất hiện dòng điện i
Khi vòng dây ra xa nam châm thì trong (C) xuất hiện dòng điện i
Khi cho (C) quay xung quanh một trục song song với mạch phẳng chứa mạch hoặc làm biến dạng (C) thì trong (C) xuất hiện dòng điện i.
II- HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
d) Thí nghiệm 4.
Thay nam châm SN bằng một nam châm điện. Khi thay đổi cường độ dòng điện qua nam châm điện, quan sát kim điện kế G.
Nhận xét:
Vì trong thời gian đóng mạch, dòng điện qua nam châm điện tăng đột ngột từ 0 đến một giá trị xác định nào đó, từ trường do nam châm điện tạo ra nhanh hơn, làm cho từ thông xuyên qua ống dây cũng tăng nhanh, xuất hiện suất điện đông cảm ứng tức thời và tạo dòng điện cảm ứng tức thời làm lệch kim điện kế
Khi đóng mạch điện thì kim điện kế bị lắc nhẹ sau đó về lại số 0
II- HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
Khi dòng điện không đổi thì từ trường không biến thiên nên dòng điện cảm ứng mất ngay lập tức.
Khi thay đổi cường độ dòng điện của nam châm điện bằng cách thay đổi trị số của biến trở, từ trường của nam châm điện biến thiên làm từ thông xuyên qua ống dây ở phía trên cũng biến thiên, khi đó trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng và kim điện kế G bị lệch.
Khi thay đổi cường độ dòng điện qua nam châm điện thì trong (C) xuất hiện dòng điện i
II- HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
2. Kết luận
a) Tất cả các thí nghiệm trên đều có một đặt điểm chung 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 thay đổi thì từ thông biến thiên.
b) Kết quả các thí nghiệm trên chứng tỏ:
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.
BÀI TẬP CỦNG CỐ
Bài 1:
Tính từ thông qua 1 măt phẳng diện tích 50 cm² đặt trong từ trường cảm ứng từ B = 0.4 T nếu vectơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng góc 60º.
Tóm tắt:
Bài giải:
Vectơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng góc 60º thì góc và là 30º hay 150º.Ta chọn góc 30º
BÀI TẬP CỦNG CỐ
Áp dụng công thức:
Thay số vào ta có
(Wb)
I. Từ thông
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
1. Thí nghiệm 1
Trong thí nghiệm trên dòng điện cảm ứng i trong mạch kín (C) có chiều nào?
- Dòng điện cảm ứng trong (C) có chiều ngược với chiều dương trên (C).Dòng điện cảm ứng cũng sinh ra một từ trường
III. Định luật Len-Xơ và chiều dòng điện cảm ứng
I. Từ thông
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
2. Thí nghiệm 2
Trong thí nghiệm trên dòng điện cảm ứng i trong mạch kín (C) có chiều nào?
- Dòng điện cảm ứng trong (C) có chiều cùng với chiều dương trên (C).
III. Định luật Len-Xơ và chiều dòng điện cảm ứng
I. Từ thông
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
III. Định luật Len-Xơ và chiều dòng điện cảm ứng
Dựa vào chiều dòng điện cảm ứng trong (C), vận dụng quy tắc nắm tay phải xác định chiều của đường sức từ của từ trường sinh ra bỡi dòng điện cảm ứng. Rút ra nhận xét chung về sự biến thiên từ thông qua mạch kín?
I. Từ thông
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
III. Định luật Len-Xơ và chiều dòng điện cảm ứng
3.Kết luận: Nếu vét các đường sức đi qua mạch kín, từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ban đầu khi từ thông qua mạch kín tăng và cùng chiều với từ trường ban đầu khi từ thông qua mạch kín giảm.
Định luật Len-xơ: 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 thông ban đầu qua mạch kín.
I. Từ thông
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
III. Định luật Len-Xơ và chiều dòng điện cảm ứng
4. Trường hợp từ thông qua (C) biến thiên do chuyển động.
Chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong (C) là chiều nào?
I. Từ thông
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
III. Định luật Len-Xơ và chiều dòng điện cảm ứng
4. Trường hợp từ thông qua (C) biến thiên do chuyển động.
Khi từ thông qua (C) biến thiên do kết quả của một chuyển đông nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên.
IV.Dòng điện Fu-cô
Dòng điện Fu-cô là gì?
Mọi khối kim loại chuyển động trong từ trường, lực Lo-ren-xơ tác dụng lên các electron tự do trong khối kim loại làm các electron này chuyển động tạo thành dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng nàygọi là dòng điện Fu- cô.
I. Từ thông
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
III. Định luật Len-Xơ và chiều dòng điện cảm ứng
1. Thí nghiệm 1
IV.Dòng điện Fu-cô
Hãy mô tả thí nghiệm trên?
I. Từ thông
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
III. Định luật Len-Xơ và chiều dòng điện cảm ứng
2. Thí nghiệm 2
IV.Dòng điện Fu-cô
Hãy mô tả thí nghiệm trên?
3. Giải thích: Theo định luật Len-xơ , những dòng diện cảm ứng này luôn có tavs dụng chống lại sự chuyển dời , vì vậy khi chuyển động trong từ trường trên bánh xe và trên khối kim loại xuất hiện những lực từ có tác dụng cản trở chuyển động của chúng . Những lực đó gọi là lực hãm điện từ
I. Từ thông
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
III. Định luật Len-Xơ và chiều dòng điện cảm ứng
IV.Dòng điện Fu-cô
Hãy nêu những tính chất cơ bản và ứng dụng của dòng điện Fu-cô?
4. Tính chất và công dụng của dòng điện Fu-Cô
I. Từ thông
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
III. Định luật Len-Xơ và chiều dòng điện cảm ứng
IV.Dòng điện Fu-cô
CỦNG CỐ KIẾN THỨC
Định luật Len-xơ: 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 thông ban đầu qua mạch kín.
Dòng điện Fu-cô Mọi khối kim loại chuyển động trong từ trường, lực Lo-ren-xơ tác dụng lên các electron tự do trong khối kim loại làm các electron này chuyển động tạo thành dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng nàygọi là dòng điện Fu- cô.
Bài tập 3,4 SGK
BÀI GIẢNG ĐẾN ĐÂY LÀ KẾT THÚC
CHÂN THÀNH CÁM ƠN CÔ VÀ CÁC BAN ĐÃ CHÚ Ý THEO DÕI