Vật lí 11 BÀI 23. TỪ THÔNG-CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

[Elishuchi]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

LỚP 11​

BÀI 23. TỪ THÔNG-CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ​

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM​

1. Từ thông​

[imath]+[/imath] Từ thông là thông lượng đường sức từ qua một diện tích (cho biết số đường sức từ xuyên qua một đơn vị diện tích).

[imath]+[/imath] Công thức: [imath]\Phi =NBS\cos⁡\alpha.[/imath]

Trong đó [imath]\Phi[/imath] : từ thông qua mạch.
[imath]N[/imath]: số vòng dây.
[imath]B[/imath]: độ lớn cảm ứng từ gửi qua mạch [imath][T].[/imath]
[imath]S[/imath]: diện tích của mạch [imath][m^2].[/imath]
\alpha: góc hợp bởi cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] và pháp tuyến [imath]\overrightarrow{n}[/imath] của mạch kín, [imath]\alpha=(\overrightarrow{B},\overrightarrow{n}).[/imath]

+ Đơn vị đo từ thông trong hệ [imath]SI[/imath] là vêbe, kí hiệu là [imath]Wb (1Wb = 1T.m^2).[/imath]

2. Hiện tượng cảm ứng điện từ. Dòng điện cảm ứng​

+ Mỗi khi từ thông qua mạch kín ([imath]C[/imath]) biến thiên thì mạch kín xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng, hiện tượng này 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. Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín là suất điện động cảm ứng.

3. Chiều của dòng điện cảm ứng. 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.
[imath]\Rightarrow[/imath] Định luật Len-xơ cho phép ta xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín.

4. Dòng điện Fu-cô​

[imath]+[/imath] Khi một khối kim loại chuyển động trong một từ trường hoặc được đặt trong một từ trường biến thiên thì trong khối kim loại xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là dòng điện Fu−cô.

II. GIẢI CÂU HỎI SÁCH GIÁO KHOA​

Câu C1 :​

Hãy giải thích sự biến thiên từ thông qua mạch kín [imath](C)[/imath] trong từng thí nghiệm ở hình [imath]23.3.[/imath]

Trả lời:
Thí nghiệm [imath]1[/imath] (Hình [imath]23.3a[/imath]): Khi ta đưa nam châm dịch chuyển lại gần vòng dây ([imath]C[/imath]) thì số lượng đường sức từ xuyên qua vòng dây ([imath]C[/imath]) tăng lên làm cho từ thông tăng.

Thí nghiệm [imath]2[/imath] (Hình [imath]23.3b[/imath]): Khi ta đưa nam châm dịch chuyển ra xa vòng dây ([imath]C[/imath]) thì số lượng đường sức từ xuyên qua vòng dây ([imath]C[/imath]) giảm xuống làm cho từ thông giảm.

Câu C2 :​ Mô tả và giải thích thí nghiệm Fa-ra-đây được vẽ trên hình [imath]23.4[/imath]SGK.

Trả lời:

[imath]+[/imath] Ở hình [imath]23.4[/imath]a) thí nghiệm Fa-ra-đây gồm có:
[imath]–[/imath] Một ống dây ([imath]1[/imath]) có điện kế [imath]G[/imath] tạo thành mạch kín.
[imath]– 1[/imath] ống dây ([imath]2[/imath]) nối với nguồn điện và khóa [imath]K.[/imath]

[imath]+[/imath] Mô tả thí nghiệm
[imath]–[/imath] Khi [imath]K[/imath] ngắt, kim điện kế [imath]G[/imath] không bị lệch.
[imath]–[/imath] Khi đóng khóa [imath]K,[/imath] kim điện kế [imath]G[/imath] bị lệch chứng tỏ trong ống dây ([imath]1[/imath]) có dòng điện.

[imath]+[/imath] Giải thích hiện tượng
[imath]–[/imath] Khi [imath]K[/imath] ngắt, ống dây ([imath]2[/imath]) không có dòng điện chạy qua. Không có sự biến thiên từ thông qua ống dây ([imath]1[/imath]) nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng. Kim điện kế không lệch.
[imath]–[/imath]Khi đóng khóa K, ống dây ([imath]2[/imath]) có dòng điện chạy qua trở thành một nam châm điện gây ra một từ trường xuyên qua ống dây ([imath]1[/imath]). Từ thông qua ống dây ([imath]1[/imath]) tăng (từ giá trị không khi [imath]K[/imath] mở) làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong ống dây ([imath]1[/imath]) để chống lại sự biến thiên từ thông qua nó. Kim điện kế lệch.

[imath]+[/imath] Ở hình [imath]23.4b[/imath]) thí nghiệm Fa-ra-đây gồm có:
[imath]– 1[/imath] ống dây ([imath]1[/imath]) có điện kế [imath]G[/imath] tạo thành một mạch kín.
[imath]– 1[/imath] ống dây ([imath]2[/imath]) nối với nguồn điện và một biến trở và trở thành một nam châm điện.

[imath]+[/imath] Mô tả thí nghiệm:
[imath]–[/imath] Khi chưa dịch chuyển con chạy của biến trở, kim điện kế G không bị lệch.
[imath]–[/imath] Dịch chuyển con chạy của biến trở, kim điện kế G bị lệch chứng tỏ trong ống dây ([imath]1[/imath]) có dòng điện.

[imath]+[/imath] Giải thích hiện tượng
[imath]–[/imath] Khi chưa dịch chuyển con chạy, cường độ dòng điện trong ống dây không đổi nên từ thông qua ống dây ([imath]1[/imath]) không đổi nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng. Kim điện kế không lệch.
[imath]–[/imath] Khi bắt đầu dịch chuyển con chạy trên biến trở, điện trở biến trở thay đổi làm cường độ dòng điện qua ống dây ([imath]2[/imath]) biến đổi, làm cho từ trường của nam châm điện này thay đổi dẫn đến từ thông xuyên qua ống dây ([imath]1[/imath]) để chống lại sự biến thiên từ thông này. Kim điện kế lệch.

Câu C3 :​ Cho nam châm [imath]SN[/imath] rơi thẳng đứng chui qua mạch kín [imath](C)[/imath] cố định như hình [imath]23.5[/imath]. Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong [imath](C).[/imath]

Trả lời: – Khi nam châm rơi đến gần [imath](C)[/imath], từ trường qua [imath](C)[/imath] tăng, từ thông qua [imath](C)[/imath] cũng tăng làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong [imath](C)[/imath] chạy theo chiều âm (ngược chiều dương) (Hình [imath]23.5a[/imath]). – Khi nam châm ở trong lòng mạch [imath](C)[/imath], từ thông coi như không đổi, không có dòng điện cảm ứng trong [imath](C).[/imath] – Khi nam châm rơi qua [imath](C)[/imath], từ thông qua [imath](C)[/imath] giảm trong mạch [imath](C)[/imath] xuất hiện dòng điện cảm ứng hạy theo chiều dương.

Chúc em học tốt!
Tham khảo thêm tại
Bài 20: LỰC TỪ - CẢM ỨNG TỪ
BÀI 21. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT
BÀI 22. LỰC LO-REN-XƠ

 

[Elishuchi]

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA​

Bài 1 :​

Phát biểu các định nghĩa:
[imath]–[/imath] Dòng điện cảm ứng.
[imath]–[/imath] Hiện tượng cảm ứng điện từ.
[imath]–[/imath] Từ trường cảm ứng.

Lời giải:
[imath]+[/imath] Dòng điện cảm ứng: Dòng điện cảm ứng là dòng điện xuất hiện trong một khung dây dẫn kín trong từ trường khi từ thông gửi qua khung dây bị biến thiên và có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó.

[imath]+[/imath] Hiện tượng cảm ứng điện từ: mỗi khi từ thông qua mạch kín [imath](C)[/imath] biến thiên thì mạch kín xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng, hiện tượng này gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

[imath]+[/imath] Từ trường cảm ứng
[imath]–[/imath] Từ trường cảm ứng là từ trường sinh ra bởi dòng điện cảm ứng và có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Tức là chống lại sự biến thiên của từ thông gửi qua mạch kín mang dòng điện cảm ứng.
[imath]–[/imath] Nếu sự biến thiên của từ thông này là do sự chuyển động của khung dây thì từ trường cảm ứng sẽ sinh ra lực từ chống lại sự chuyển động đó.

Bài 2 :​

Dòng điện Fu-cô là gì?

Lời giải:
Khi một khối kim loại chuyển động trong một từ trường hoặc được đặt trong một từ trường biến thiên thì trong khối kim loại xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là dòng điện Fu−cô.

Bài 3 :​

Mạch kín (C) không biến dạng trong từ trường đều [imath]\overrightarrow{B}[/imath]. Hỏi trường hợp nào dưới đây, từ thông qua mạch biến thiên?

[imath]A. (C)[/imath] chuyển động tịnh tiến.
[imath]B. (C)[/imath] chuyển động quay xung quanh một trục cố định vuông góc với mặt phẳng chứa mạch.
[imath]C. (C)[/imath] chuyển động trong một mặt phẳng vuông góc với [imath]\overrightarrow{B}[/imath].
[imath]D. (C)[/imath] quay xung quanh trục cố định nằm trong mặt phẳng chứa mạch và trục này không song song với đường sức từ.

Lời giải: Chọn [imath]D.[/imath]

[imath]+ (C)[/imath] quay xung quanh trục cố định nằm trong mặt phẳng chứa mạch và trục này không song song với đường sức từ thì khi đó góc [imath]\alpha[/imath] hợp bởi [imath]\overrightarrow{B}[/imath] và pháp tuyến [imath]\overrightarrow{n}[/imath] của mặt phẳng khung dây thay đổi làm từ thông qua mạch biến thiên.

Bài 4 :​

Mạch kín tròn [imath](C)[/imath] nằm trong cùng mặt phẳng [imath]P[/imath] với dòng điện thẳng [imath]I[/imath] (hình [imath]23.8)[/imath]. Hỏi trường hợp nào dưới đây, từ thông qua [imath](C)[/imath] biến thiên?

[imath]A. (C)[/imath] dịch chuyển trong [imath]P[/imath] lại gần [imath]I[/imath] hoặc ra xa [imath]I.[/imath]
[imath]B. (C)[/imath] dịch chuyển trong [imath]P[/imath] với vận tốc song song với dòng [imath]I.[/imath]
[imath]C. (C)[/imath] cố định, dây dẫn thẳng mang dòng [imath]I[/imath] chuyển động tịnh tiến dọc theo chính nó.
[imath]D. (C)[/imath] quay xung quanh dòng điện thẳng [imath]I.[/imath]

Lời giải: Chọn [imath]A.[/imath]

[imath]+[/imath] Từ trường do dòng điện thẳng gây ra là [imath]B=2.10^{−7}.\dfrac I r\to B∼\dfrac 1 r[/imath]

[imath]\to[/imath] Khi dịch chuyển vòng dây [imath](C)[/imath] lại gần hoặc ra ra [imath]I[/imath] thì khoảng cách [imath]r[/imath] thay đổi dẫn đến từ trường qua khung dây thay đổi làm từ thông biến thiên.

Bài 5 :​ Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong các thí nghiệm dưới đây (hình [imath]23.9).[/imath] [imath]a)[/imath] Nam châm chuyển động (hình [imath]23.9a)[/imath] [imath]b)[/imath] Mạch [imath](C)[/imath] chuyển động tịnh tiến (hình [imath]25.9b)[/imath] [imath]c)[/imath] Mạch [imath](C)[/imath] quay (hình [imath]23.9c)[/imath] [imath]d)[/imath] Nam châm quay liên tục(hình [imath]23.9d)[/imath]

a) Nam châm chuyển động ra xa [imath](C)[/imath]: Khi nam châm chuyển động ra xa [imath](C)[/imath] thì từ thông qua [imath](C)[/imath] giảm, nên từ trường cảm ứng [imath]\overrightarrow{B}_C[/imath] cùng chiều từ trường ban đầu [imath]\overrightarrow{B}[/imath]. Dùng quy tắc “vào nam ra bắc” ta tìm được chiều của dòng điện cảm ứng như hình.

b) Mạch [imath](C)[/imath] chuyển động tịnh tiến (hình [imath]25.9b)[/imath]: Khi mạch [imath](C)[/imath] chuyển động tịnh tiến gần nam châm thì từ thông qua [imath](C)[/imath] tăng, nên [imath]\overrightarrow{B}_C[/imath] ngược chiều [imath]\overrightarrow{B}[/imath]. Dùng quy tắc “vào nam ra bắc” ta tìm được chiều của dòng điện như hình.

c) Mạch [imath](C)[/imath] quay (hình [imath]23.9c)[/imath]: Khi mạch [imath](C)[/imath] quay như hình [imath]23.2c[/imath], thì từ thông qua [imath](C)[/imath] không biến thiên, nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng.

d) Nam châm quay liên tục(hình [imath]23.9d)[/imath]

– Khi nam châm quay [imath]90^o[/imath] đầu tiên, từ thông từ phải sang trái giảm, dòng điện cảm ứng trong mạch [imath](C)[/imath] có chiều như hình bên.
– Khi nam châm quay [imath]90^o[/imath] tiếp theo, từ thông từ trái sang phải tăng lên, dòng điện có chiều như hình [imath]23.9d2)[/imath] [imath]\to[/imath] Vậy trong nửa vòng quay đầu của nam châm, dòng điện cảm ứng trong [imath](C)[/imath] chạy theo một chiều.
– Khi nam châm quay [imath]90^o[/imath] tiếp theo, từ thông từ trái sang phải giảm, dòng điện cảm ứng trong mạch [imath](C)[/imath] đổi chiều như hình [imath]23.9d3).[/imath]
[imath]–[/imath] Khi nam châm quay [imath]90^o[/imath] tiếp theo (nam châm trở về vị trí ban đầu), từ thông từ trái sang phải tăng lên, dòng điện giữ nguyên chiều như hình [imath]23.9d4)[/imath] [imath]\to[/imath] Vậy trong nửa vòng quay cuối của nam châm, dòng điện cảm ứng trong [imath](C)[/imath] chạy theo chiều ngược lại. Vậy: khi nam châm quay liên tục trong mạch [imath](C)[/imath] sẽ xuất hiện dòng điện xoay chiều.

Chúc em học tốt!
Tham khảo thêm tại
Bài 20: LỰC TỪ - CẢM ỨNG TỪ
BÀI 21. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT
BÀI 22. LỰC LO-REN-XƠ

 

[Elishuchi]

III. GIẢI BÀI TẬP SBT​

Bài 23.1: Câu nào dưới đây nói về từ thông là không đúng ?

[imath]A.[/imath] Từ thông qua mặt S là đại lượng xác định theo công thức [imath]\Phi = B.S.\cos\alpha,[/imath] với [imath]\alpha[/imath] là góc tạo bởi cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] và pháp tuyến [imath]\overrightarrow{n}[/imath] dương của mặt [imath]S.[/imath]
[imath]B.[/imath] Từ thông là một đại lượng vô hướng, có thể dương, âm hoặc bằng không.
[imath]C.[/imath] Từ thông qua mặt [imath]S[/imath] chỉ phụ thuộc diện tích của mặt S, không phụ thuộc góc nghiêng của mặt đó so với hướng của các đường sức từ.
[imath]D.[/imath] Từ thông qua mặt [imath]S[/imath] được đo bằng đơn vị vêbe [imath](Wb) : 1 Wb = 1 T.m^2[/imath], và có giá trị lớn nhất khi mặt này vuông góc với các đường sức từ.

Lời giải:Đáp án [imath]C[/imath]
Công thức [imath]\Phi = B.S.\cos\alpha,[/imath] với [imath]\alpha[/imath] là góc tạo bởi cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] và pháp tuyến [imath]\overrightarrow{n}[/imath] dương của mặt [imath]S.\to C[/imath] sai.


Bài 23.2: Câu nào dưới đây nói dòng điện cảm ứng là không đúng ?

[imath]A.[/imath] Là dòng điện xuất hiện trong một mạch kín khi từ thông qua mạch kín đó biến thiên.
[imath]B.[/imath] Là dòng điện có chiều và cường độ không phụ thuộc chiều và tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch kín.
[imath]C.[/imath] Là dòng điện chỉ tồn tại trong mạch kín trong thời gian từ thông qua mạch kín đó biến thiên.
[imath]D.[/imath] Là dòng điện có chiều phụ thuộc chiều biến thiên từ thông qua mạch kín.

Lời giải:Đáp án [imath]B[/imath]
Dòng điện cảm ứng là dòng điện có chiều và cường độ phụ thuộc vào chiều và tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch kín [imath]\to B[/imath] sai.


Bài 23.3: Câu nào dưới đây nói về định luật Len-xơ là không đúng ?

[imath]A.[/imath] Là định luật cho phép xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
[imath]B.[/imath] Là định luật khẳng định 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.
[imath]C.[/imath] Là định luật khẳng định dòng điện cảm ứng xuất hiện khi từ thông qua mạch kín biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động này.
[imath]D.[/imath] Là định luật cho phép xác định lượng nhiệt toả ra trong vật dẫn có dòng điện chạy qua.

Lời giải:Đáp án [imath]D[/imath]
Định luật Len-xơ: Chiều của dòng điện cảm ứng trong dây dẫn sinh ra bởi sự biến thiên của từ trường tuân theo định luật cảm ứng Faraday sẽ tạo ra một từ trường chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó.
Ở đây không xác định được U và I nên không thể tìm được nhiệt lượng toả ra[imath]\to D[/imath] sai.


Bài 23.4: Câu nào dưới đây nói về dòng điện Fu-cô là không đúng ?

[imath]A.[/imath] Là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại cố định trong từ trường đều.
[imath]B.[/imath] Là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại chuyển động trong từ trường hoặc được đặt trong từ trường biến thiên theo thời gian.
[imath]C.[/imath] Là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại có tác dụng toả nhiệt theo hiệu ứng Jun - Len-xơ, được ứng dụng trong lò cảm ứng nung nóng kim loại.
[imath]D.[/imath] Là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại có tác dụng cản trở chuyển động của khối kim loại trong từ trường, được ứng dụng trong các phanh điện từ của ô tô có tải trọng lớn.

Lời giải:Đáp án [imath]A[/imath]
Dòng điện Foucalt hay còn gọi là dòng điện xoáy (tiếng Anh: eddy current) là hiện tượng dòng điện sinh ra khi ta đặt một vật dẫn điện vào trong một từ trường biến đổi theo thời gian hay vật dẫn chuyển động cắt ngang từ trường.
[imath]\to A[/imath] sai.

Bài 23.10: Một khung dây dẫn hình chữ nhật [imath]MNPQ[/imath] đặt trong cùng một mặt phảng với một mạch điện như Hình [imath]23.3[/imath]. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây dẫn [imath]MNPQ[/imath] khi : a) Khoá [imath]K[/imath] đang ngắt, sau đó đóng lại. b) Khoá [imath]K[/imath] đang đóng, sau đó dịch chuyển con chạy [imath]C[/imath] về phía bên phải

Lời giải:

Sử dụng quy tắc nắm tay phải, ta xác định được từ trường [imath]\overrightarrow{B}[/imath] của dòng điện [imath]I[/imath] chạy trong mạch điện có các đường sức từ xuyên vuông góc qua khung dây dẫn [imath]MNPQ[/imath] từ phía trước ra phía sau.
a) Khi khoá K đang ngắt, sau đó được đóng lại thì dòng điện [imath]I[/imath] trong mạch điện tăng nhanh, do đó từ thông qua khung dây dẫn [imath]MNPQ[/imath] tăng theo.Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng [imath]i_c[/imath] xuất hiện trong khung dây dẫn [imath]MNPQ[/imath] phải có chiều thuận với chiều [imath]MNPQ[/imath] sao cho từ trường cảm ứng của nó ngược hướng với từ trường [imath]\overrightarrow{B}[/imath], chống lại sự tăng từ thông qua khung dây [imath]MNPQ.[/imath]

b) Khi khoá [imath]K[/imath] đang đóng, sau đó dịch chuyển con chạy [imath]C[/imath] về phía bên phải, thì điện trở mạch ngoài của nguồn điện [imath]E[/imath] được tính bằng:
[imath]R=\dfrac{R_1.R_x}{R_1+R_x}+(R_0−R_x)=R_0−\dfrac{R_x^2}{R_1+R_x}=R_0−\dfrac{1}{\dfrac{R_1}{R_x^2}+\dfrac{1}{R_x}}[/imath]
[imath]R_X[/imath] là điện trở của đoạn bên trái biến trở
Ta có: Khi [imath]R_x[/imath] tăng thì [imath]R[/imath] giảm và dòng điện mạch chính [imath]I=\dfrac{E}{R+r}[/imath] có cường độ tăng, do đó từ thông qua khung dây dẫn [imath]MNPQ[/imath] tăng theo[imath]\to[/imath] dòng điện cảm ứng [imath]i_c[/imath] xuất hiện trong khung dây dẫn [imath]MNPQ[/imath] phải có chiều thuận với chiều [imath]MNPQ[/imath] sao cho từ trường cảm ứng của nó ngược hướng với từ trường [imath]\overrightarrow{B}[/imath], chống lại sự tăng từ thông qua khung dây dẫn [imath]MNPQ.[/imath]

Chúc em học tốt!
Tham khảo thêm tại
Bài 20: LỰC TỪ - CẢM ỨNG TỪ
BÀI 21. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT
BÀI 22. LỰC LO-REN-XƠ