Bài 38. Hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng

Faraday: nhà vật lý học người Anh (1791-1867) phát hiện tác dụng của lực từ lên dòng điện, hiện tượng cảm ứng điện từ; nêu các định luật về điện phân, nghiên cứu sự hưởng ứng tĩnh điện .
Thí nghiệm 1
Thí nghiệm 1
Kết luận thứ nhất
Khi thanh nam châm và ống dây chuyển động đối với nhau thì trong ống dây xuất hiện dòng điện

Câu hỏi đặt ra
Phải chăng khi có chuyển động tương đối giữa ống dây và nam châm thì xuất hiện dòng điện?
Khung dây chuyển động dọc theo đường cảm ứng từ của nam châm hình chữ U
Thí nghiệm 2
Chúng ta nhận thấy rằng: Khi nam châm và khung dây chuyển động tương đối với nhau thì kim của điện kế vẫn đứng yên, chứng tỏ vẫn không có xuất hiện dòng điện trong cuộn dây.

Giữ nguyên khung dây
quay nam châm
Thí nghiệm 3
Thí nghiệm với nam châm điện
và khung dây
Thí nghiệm 4
Nhưng trong các thí nghiệm tiếp theo thì lại xuất hiện dòng điện làm quay kim của điện kế
Kết luận thứ hai
Sự chuyển động tương đối giữa nam châm và vòng dây dẫn kín không phải yếu tố quyết định đến sự xuất hiện của dòng điện
Sự xuất hiện của dòng điện là do một nguyên nhân khác
Chúng ta nhận thấy rằng khi ta đưa nam châm lại gần hoặc ra xa khung dây thì từ trường qua khung do nam châm gây ra thay đổi.

Độ lớn của từ trường chính là độ mau thưa của các đường sức.

Vậy ta xét lại các thí nghiệm trên khi có sự hiện diện của các đường sức từ.
Trường hợp nam châm thẳng
Trường hợp cực Bắc ở gần khung dây
Trường hợp nam châm thẳng
Trường hợp cực Bắc ở gần khung dây
Số đường sức từ qua khung dây biến thiên? xuất hiện dòng điện
Trường hợp nam châm thẳng
Trường hợp cực Nam ở gần khung dây
Trường hợp nam châm thẳng
Trường hợp cực Nam ở gần khung dây
Số đường sức từ qua khung dây biến thiên? xuất hiện dòng điện
Khung dây chuyển động dọc theo đường cảm ứng từ của nam châm hình chữ U
Số đường sức từ qua khung dây không biến thiên? không xuất hiện dòng điện
Giữ nguyên khung dây
quay nam châm
Số đường sức từ qua khung dây biến thiên? xuất hiện dòng điện
Kết luận thứ ba
Sự thay đổi từ trường, nói cách khác là sự thay đổi số đường cảm ứng từ qua khung dây gây ra dòng điện.
Từ thông
Khi đó:
? là từ thông qua diện tích S
Φ=B.S.cosα
Từ thông, kí hiệu ?, đơn vị Wb (vêbe)
Cảm ứng từ, đơn vị T (tesla)
Diện tích khung dây, đơn vị m2
Nhận xét :
Từ công thức ?=B.S.cos?
? < 90 thì ?>0
? > 90 thì ? < 0
? = 90 thì ?=0
Đưa nam châm lại gần vòng dây dẫn
Kim điện kế bị lệch về
bên trái
Thí nghiệm 1
Kim điện kế bị lệch về bên phải

Đưa nam châm ra xa vòng dây dẫn
Đưa vòng dây lại gần nam châm
Kim điện kế bị lệch về
bên trái

Đưa vòng dây ra xa nam châm
Kim điện kế bị lệch về bên phải
NHẬN XÉT THÍ NGHIỆM
Khi có sự chuyển động tương đối giữa nam châm với vòng dây dẫn thì trong vòng dây dẫn xuất hiện dòng điện
- Hịên tượng mô tả ở thí nghiệm trên là hiện tượng cảm ứng điện từ
- Dòng điện xuất hiện ở thí nghiệm trên là dòng điện cảm ứng
Ta thấy có dòng điện chạy trong vòng dây dẫn
Trong mạch điện kín xuất hiện dòng điện, thì trong mạch phải tồn tại suất điện động.
Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín là suất điện động cảm ứng.
Kết luận về suất điện động cảm ứng
Khi có sự thay đổi từ thông qua mạch giới hạn bởi một mạch điện kín, thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.
Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng được gọi là:
Hiện tượng cảm ứng điện từ
Thí nghiệm về định luật Lenz
Thí nghiệm về định luật Lenz
Thí nghiệm về định luật Lenz
Thí nghiệm về định luật Lenz
Nhận xét
Khi nam châm tiến lại gần khung dây thì từ trường do dòng điện cảm ứng trong khung dây có xu hướng đẩy nam châm ra xa, còn khi nam châm tiến ra xa thì từ trường có xu hướng kéo nam châm lại gần.

Kết luận về chiều của dòng điện cảm ứng
Định luật Len-xơ
Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường của nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.
Công thức định luật Pha-ra-đây
Nếu trong khoảng thời gian ?t đủ nhỏ, từ thông qua mạch biến thiên một lượng ??.
Khi đó, suất điện động cảm ứng ec được xác định bởi công thức:
Công thức biểu thị định luật Pha-ra-đây về cảm ứng điện từ.
Em có biết???
Người ta vẫn nói rằng Faraday là người phát minh ra hiện tượng cảm ứng điện từ. Nhưng cũng nên nói thêm rằng độc lập và hầu như đồng thời với Faraday, còn có Hen-ri (Joseph Henry, 1797-1878, nhà vật lí người Mĩ) là người cũng nghiên cứu hiện tượng này. Nhưng mãi một năm sau Hen-ri mới công bố những kết quả nghiên cứu của mình. Vì Faraday là người công bố trước nên ông được ưu tiên hưởng bản quyền phát minh.
Tuy Henri không được công nhận là người phát minh ra hiện tượng cảm ứng điện từ, nhưng người ta vẫn lấy tên ông đặt tên cho đơn vị độ tự cảm của ống dây (sẽ nói đến ở bài 41) là henri. Còn đơn vị điện dung của tụ điện thì được gọi là Fara. Đây là điều rất có ý nghĩa. Bởi vì, trong một mạch để tạo ra dao động điện từ, bao giờ cũng có tụ điện và ống dây.