SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG

BÀI 24. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Suất điện động cảm ứng trong mạch kín

+ Định nghĩa: Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín..

+ Độ lớn của suất điện động cảm ứng. Định luật Fa-ra-đây

Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch: \({{e}_{c}}=\left| \frac{\Delta \Phi }{\Delta t} \right|\cdot\)

Trong đó \({{e}_{c}}\): suất điện động cảm ứng [V].

\(\Delta \Phi ={{\Phi }_{2}}-{{\Phi }_{1}}\): độ biến thiên của từ thông [Wb].

\(\Delta t={{t}_{2}}-{{t}_{1}}\): khoảng thời gian từ thông biến thiên qua mạch [s].

2. Quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ

+ Sự xuất hiện dấu (−) trong công thức suất điện động phù hợp với định luật Len-xơ: \({{e}_{c}}=-\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\cdot\)

• Nếu F tăng \(\left( \Delta \Phi >0 \right)\) thì \({{e}_{c}}<0\): chiều của suất điện động cảm ứng ngược chiều của mạch.
• Nếu F giảm \(\left( \Delta \Phi <0 \right)\) thì \({{e}_{c}}>0\): chiều của suất điện động cảm ứng cùng chiều của mạch.

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

+ Trong hiện tượng cảm ứng điện từ ở bài học này, để tạo ra sự biến thiên từ thông trong mạch (C), phải có ngoại lực tác dụng vào (C) và ngoại lực đã sinh 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 đây là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Xác định suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện cảm ứng.

+ Từ thông qua mạch biến thiên, sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng. Giá trị của suất điện động cảm ứng trong mạch tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch.

+ Công thức tính suất điện động cảm ứng: \({{e}_{c}}=-\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\cdot\)

Để có thể thay đổi từ thông qua mạch, người ta thay đổi độ lớn B của từ trường, hoặc thay đổi diện tích S của khung dây hoặc thay đổi góc α.

+) Nếu B thay đổi thì \(\Delta \Phi =NScos\alpha .\Delta B.\)

+) Nếu S thay đổi thì \(\Delta \Phi =NBcos\alpha .\Delta S.\)

+) Nếu góc α thay đổi thì \(\Delta \Phi =NBS.\Delta \left( cos\alpha  \right).\)

Cường độ dòng điện cảm ứng: \({{I}_{c}}=\frac{{{e}_{c}}}{R+r}\cdot\)

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 149 SGK Vật Lí 11):

a) Nhắc lại định nghĩa suất điện động của một nguồn điện.

b) Trong các sơ đồ mạch điện, nguồn điện lí tưởng một chiều được kí hiệu như hình 24.1a SGK. Ngoài ra nguồn điện còn được kí hiệu như hình 24.1b SGK, trong đó, điểm ngọn của mũi tên chỉ vào cực dương của nguồn; chiều của mũi tên được gọi là chiều của suất điện động. Tính UAB theo sơ đồ hình 24.1c SGK.

Trả lời:

a) Suất điện động của nguồn điện: là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích q đó.

b) Ta có E là suất điện động của nguồn điện, nên: UAB = E – I.r

Vì r = 0 và mạch hở I = 0 ⇒ UAB = E

c) \(E={{U}_{DC}}+i.r.\)

Vì \(r=0\Rightarrow E={{U}_{DC}}\Rightarrow {{U}_{CD}}=-E\)

d) \(E=i.r+{{U}_{AB}}\Rightarrow {{U}_{AB}}=E-i.r\)

e) Điện năng do một nguồn điện sản ra trong một khoảng thời gian Δt là: \(A=E.i.\Delta t\)

Câu C2 (trang 150 SGK Vật Lí 11):

Nghiệm lại rằng, trong công thức (24.4), hai vế đầu có cùng đơn vị.

Trả lời:

Trong công thức \(\left| {{e}_{c}} \right|=\left| \frac{\Delta \Phi }{\Delta t} \right|\)

+ Đơn vị của ec là vôn (V)

+ Đơn vị của \(\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\) là \(\frac{{{\rm{W}}b}}{s}\)

Ta có: \(\frac{\text{W}b}{s}=\frac{T.{{m}^{2}}}{s}=\frac{N}{A.m}\cdot \frac{{{m}^{2}}}{s}=\frac{J}{A.s}=\frac{J}{C}=V\)

Bài 1 (trang 152 SGK Vật Lí 11):

Phát biểu các định nghĩa:

– Suất điện động cảm ứng.

– Tốc độ biến thiên của từ thông.

Lời giải:

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

Công thức tính suất điện động cảm ứng: \({{e}_{c}}=-\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\cdot\)

+ Tốc độ biến thiên của từ thông là \(\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\)

Bài 2 (trang 152 SGK Vật Lí 11):

Nêu ít nhất ba ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.

Lời giải:

Hiện tượng cảm ứng điện từ là cơ sở:

– Chế tạo máy phát điện một chiều, xoay chiều.

– Chế tạo máy biến thế.

– Chế tạo động cơ không đồng bộ 3 pha,…

Bài 3 (trang 152 SGK Vật Lí 11):

Phát biều nào dưới đây là đúng?

Khi một mặt kín phẳng, quay xung quanh một trục nằm trong mặt phẳng chứa mạch trong một từ trường, thì suất điện động cảm ứng đổi chiều 1 lần trong

A. một vòng quay. B. 2 vòng quay.

C. 1/2 vòng quay. D. 1/4 vòng quay.

Lời giải:

– Lúc đầu từ thông qua mạch bằng không.

– Trong nửa vòng tay đầu, từ thông qua mạch tăng dần đến giá trị cực đại (khi B vuông góc với mặt phẳng của mạch), trong mạch xuất hiện suất điện động eC có chiều cùng chiều (+) của mạch.

– Trong nửa vòng quay cuối, từ thông qua mạch giảm dần từ giá trị cực đại xuống 0, khi này suất điện động trong mạch có chiều ngược chiều của mạch.

Vậy suất điện động cảm ứng trong mạch sẽ đổi chiều một lần trong 1/2 vòng quay.

Bài 4 (trang 152 SGK Vật Lí 11):

Một mạch kín hình vuông cạnh 10 cm, đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của từ trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng i = 2 A và điện trở của mạch r = 5 Ω.

Lời giải:

Suất điện động cảm ứng trong mạch: |ec| = ir = 2.5 = 10 V.

Độ biến thiên từ thông qua mạch kín: \(\left| {{e}_{C}} \right|=\left| \frac{\Delta \Phi }{\Delta t} \right|=\left| \frac{\Delta B.S}{\Delta t} \right|\Rightarrow \left| \frac{\Delta B}{\Delta t} \right|=\frac{\left| {{e}_{C}} \right|}{S}=\frac{10}{0,{{1}^{2}}}={{10}^{3}}\,T/s.\)

Bài 5 (trang 152 SGK Vật Lí 11):

Một khung dây dẫn hình vuông cạnh a = 10 cm, đặt cố định trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ \(\vec{B}\) vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thời gian \(\Delta t=0,05s;\) cho độ lớn của \(\vec{B}\) tăng từ 0 đến 0,5 T. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.

Lời giải:

Độ lớn suất điện động cảm ứng trong khung : \(\left| {{\text{e}}_{c}} \right|=\left| \frac{\Delta \phi }{\Delta \text{t}} \right|=\left| \Delta \text{B}\cdot \frac{\text{S}}{\Delta \text{t}} \right|=\frac{0,5.0,{{1}^{2}}}{0,05}=0,1\,V\)

Lời giải:

Lúc đầu \(\vec{n}\) và \(\vec{B}\) hợp với nhau một góc \(\frac{\pi }{2}\cdot\)

Nên góc quay \(\alpha =\omega t+\frac{\pi }{2}\Rightarrow \Phi =B\text{Scos}\left( \omega t+\frac{\pi }{2} \right)\)

Suất điện động cảm ứng: \({{e}_{c}}=-\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}=-\frac{d\Phi }{dt}=-B\text{S}\omega \sin \left( \omega t+\frac{\pi }{2} \right)\)

Vậy \({{e}_{cm\text{ax}}}=B\text{S}\omega =B\left( \pi {{R}^{2}} \right)\omega \Leftrightarrow \sin \left( \omega t+\frac{\pi }{2} \right)=1\)

Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 11 bài Suất điện đồng cảm ứng do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ