Suất điện động cảm ứng là gì? Công thức tính suất điện động cảm ứng như thế nào? Bài tập về suất điện động cảm ứng? Đây là những câu hỏi đang được các bạn học sinh lớp 11 rất quan tâm. Câu trả lời cho những câu hỏi này sẽ có trong bài viết dưới đây.
Xem thêm:
Khái niệm của suất điện động cảm ứng là gì?
Suất điện động cảm ứng được hiểu là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
Công thức tính suất điện động cảm ứng
Suất điện động cảm ứng có công thức là:
ec = -(Δϕ/Δt)
Nếu chỉ xét mỗi về độ lớn thì |ec| = |Δϕ/Δt|
Trong đó có: ec là suất điện động cảm ứng (V)
Δϕ = ϕ2 – ϕ1 chính là độ biến thiên của từ thông (Wb)
Δt là khoảng thời gian mà từ thông biến thiên (s)
Từ thông được xác định bởi công thức tính là:
Φ = N.B.S.cossa
Trong đó có ϕ chính là từ thông
B là cảm ứng từ (T)
S là diện tích mặt kín C (m2)
a là góc giữa pháp tuyến n và B
N là số vòng giây (Nếu chỉ có 1 vòng dây thì N = 1, thì ϕ = Bscosa)
Một số chú ý về suất điện động cảm ứng
- Dấu (-) trong biểu thức được hiểu là để phù hợp với định luật Len – xơ về chiều của dòng điện cảm ứng.
- Mạch kín (C) phải được định hướng, dựa vào chiều đã chọn trên mạch kín C ta chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thông ϕ qua mạch kín C (ϕ chính là một đại lượng đại số)
- Nếu ϕ tăng thì ec < 0: chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) sẽ ngược chiều của mạch.
- Nếu ϕ giảm thì ec > 0: chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) sẽ là chiều của mạch.
Đơn vị suất điện động cảm ứng
- Đơn vị đo của suất điện động cảm ứng là Vôn được ký hiệu là V
Kiến thức mở rộng
- Suất điện động cảm ứng trong khung dây có N vòng thì được tính theo công thức như sau:
ec = -N.(Δϕ/Δt) => |ec| = N.(|Δϕ|/Δt)
- Dòng điện cảm ứng khi chạy trong dây dẫn có điện trở R:
ic = ec/R
Chú ý:
- Nếu B biến thiên thì Δϕ = S.cosα.ΔB = S.cosα.Δ(B2 – B1)
- Nếu S biến thiên thì Δϕ = B.cosα.ΔS = B.cosα.Δ(S2 – S1)
- Nếu A biến thiên thì Δϕ = B.S.Δ(cosα) = B.S.Δ(cosα2 – cosα1)
- Khi mặt phẳng của khung dây hợp với cảm ứng từ B một góc β thì α = 90 ± β
Một số bài tập tính suất điện động cảm ứng có lời giải dễ hiểu
Bài tập 1: Từ thông ϕ qua một khung dây biến đổi, trong khoảng thời gian là 0,2s từ thông tăng dần từ 0,7 (Wb) đến 1,7 (Wb). Hỏi suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung có độ lớn là bao nhiêu?
Lời giải
Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung có độ lớn là:
|ec| = |Δϕ|/Δt = (|1,7 – 0,7|)/0,2 = 5 (V)
Bài tập 2: Một khung dây dẫn hình vuông với cạnh a=10cm, đặt cố định trong một từ trường đều có vecto cảm ứng từ vecto B vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thời gian Δt = 0,06s, cho độ lớn của vecto B tăng từ 0 đến 0,6T. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây đó?
Lời giải
Suất điện động cảm ứng trong khung dây là:
|ec| = |Δϕ/Δt| = |ΔBS/Δt) = (0,6.0,12)/0,06 = 0,1 (V)
Bài tập 3: Một khung dây dẫn đặt vuông góc với một từ trường đều, cảm ứng từ B có độ lớn biến đổi theo thời gian. Hỏi suất điện động cảm ứng và tốc độ biến thiên của cảm ứng từ là bao nhiêu? Biết rằng cường độ dòng điện cảm ứng Ic = 0,5 A, điện trở của khung dây R = 2Ω và diện tích của khung dây là s = 100cm2.
Lời giải
Ta có Ic = |ec|/R => |ec| = IcR = 0,5.2 = 1 (V)
|ec| = (|ΔB|.S)/Δt => |ΔB|/Δt = |ec|/S = 100 (T/s)
Trên đây là những thông tin về khái niệm, công thức và bài tập về suất điện động cảm ứng sẽ giúp bạn đọc hiểu, dễ nhớ công thức và biết áp dụng công thức vào đúng bài tập.
SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG
I . SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG MẠCH KÍN
1.Định nghĩa
Sự xuất hiện dòng cảm ứng trong một mạch kín (C) chứng tỏ tồn tài một nguồn điện trong mạch đó. Suất điện động của nguồn này được gọi là suất điện động cảm ứng. Vậy có thể định nghĩa:
Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
2. Định luât Fa – ra – đây
Giả sử mạch kín (C) đặt trong một từ trường, từ thông qua mạch biến thiên một đại lượng ∆Φ trong một khoảng thời gian ∆t. Giả sử sự biến thiên từ thông này được thực hiện qua một dịch chuyển nào đó của mạch. Trong dịch chuyển này, lực tương tác tác dụng lên mạch (C) đã sinh ra một công ∆A. Người ta đã chứng minh được rằng ∆A = i∆Φ
Với I là cường độ dòng điện cảm ứng. Theo định luật len – xơ, lực từ tác dụng lên mạch (C) luôn cản trở chuyển động tạo ra biến thiên từ thông. Do đó ∆A là một công cản.Vậy, để thực hiện sự dịch chuyển của (C) (nhằm tạo ra sự biến thiên của Φ) phải có ngoại lực tác dụng lên (C) và trong chuyển dời nói trên, ngoại lực này sinh công thắng công cản của lực từ.
∆A’ = -∆A = -i∆Φ (24.1)
Công ∆A’ có độ lớn bằng tổng phần năng lượng do bên ngoài cung cấp cho mạch (C) và được chuyển hóa thành điện năng của suất điện động cảm ứng ec (tương tự như điện năng do một nguồn điện sản ra) trong khoảng thời gian ∆t.
Theo công thức (7.3) ta có:
∆A’ = eci∆t (24.2)
So sánh hai công thức của ∆A’ ta suy ra công thức của suất điện động cảm ứng:
|ec| = \(|\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}|\) (24.3)
Nếu chỉ xét độ lớn của ec (không kể dấu) thì :
Thương số \(|\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}|\) biểu thị độ biến thiên từ thông qua mạch (C) trong một đơn vị thời gian, thương số này được gọi là tốc độ biến thiên từ thông qua mạch. Vậy công thức (24.4) được phát biểu như sau :
Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín đó.
Phát biểu này được gọi là định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ - định luật Fa –ra đây.
II. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG VÀ ĐỊNH LUẬT LEN – XƠ
Sự xuất hiện dấu (-)trong công thức (24.3) là để phù hợp với định luật Len – xơ
Trước hết mạch kín (C) phải được định hướng. Dựa vào chiều đã chọn trên (C) , ta chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thông Φ qua mạch kín (C) (Φ là một đại lượng đại số).
Nếu Φ tăng thì ec < 0: chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) ngược với chiều của mạch
Nếu Φ giảm thì ec > 0: chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) là chiều của mạch
III- QUY TẮC BÀN TAY PHẢI
Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó
+ Khi mạch được nối kín thì trong mạch có dòng điện cảm ứng iC
+ Bên trong nguồn điện, dòng điện có chiều từ cực âm sang cực dương, bên ngoài thì ngược lại.
IV- BIỂU THỨC SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG ĐOẠN DÂY
\(\left| {{e_C}} \right| = Blv\sin \theta \)
Trong đó:
+ eC : suất điện động cảm ứng của đoạn dây (V)
+ B: cảm ứng từ (T)
+ \(l\) : chiều dài đoạn dây (m)
+ v: vận tốc của đoạn dây
+ \(\theta {\rm{ = }}\left( {\overrightarrow v ,\overrightarrow B } \right)\)
Dây dẫn chuyển động trong từ trường được coi như một nguồn điện. Khi đó, lực lorenxơ tác dụng lên các electron đóng vai trò lực lạ tạo thành dòng điện
V.CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
Trong hiện tượng cảm ứng điện từ trên đây, để tạo ra sự biến thiên từ thông qua mạch (C), phải có ngoại lực tác dụng vào (C) và ngoại lực này sinh ra một 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 trên là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.
Fa- ra – đây là người đầu tiên khám phá ra hiện tượng cảm ứng điện từ và định luật cơ bản về hiện tượng này. Đóng góp của Fa- ra – đây đã mở ra một triển vọng to lớn trong thế kỉ XIX về một phượng thức sản xuất điện năng mới, làm cơ sở cho công cuộc điện khí hóa.
- Là ứng dụng quan trọng và quen thuộc của hiện tượng cảm ứng điện từ trong các đoạn dây chuyển động
+ Máy phát điện xoay chiều:
+ Máy phát điện một chiều:
Sơ đồ tư duy về suất điện động cảm ứng