Vật lí 11

Hiện tượng cảm ứng điện từ – Lý thuyết về cảm ứng điện từ hay chi tiết nhất

Trong bài hôm nay hãy cùng HocThatGioi tìm hiểu về Hiện tượng cảm ứng điện từ – Lý thuyết về cảm ứng điện từ hay chi tiết nhất để chúng ta có thể nắm rõ phần lý thuyết về hiện tượng cảm ứng điện từ. Hãy cùng HocThatGioi đi vào bài học nhé!

Trước tiên muốn hiểu về hiện tượng cảm ứng điện từ, ta sẽ tìm hiểu qua về khái niệm từ thông là gì để tìm ra mối liên quan đến cảm ứng điện từ.

1. Từ thông là gì?

Sau đây ta cùng đi vào khái niệm của từ thông để tìm hiểu xem từ thông là gì?

1.1 Khái niệm từ thông

Từ thông (được ký hiệu \Phi ) là tổng số đường sức từ đi qua một bề mặt kín. Từ thông khi đi qua một diện tích S bằng số đường sức từ đi qua diện tích S được đặt vuông góc với các đường sức từ

Ví dụ về từ thông

Để các bạn hình dung dễ dàng hơn sẽ có ví dụ ngoài luồng cụ thể:

Chúng ta lấy một cái quạt mini khởi động nó lên thì lượng gió sẽ đi theo một hướng. Ta lấy một tấm giấy vuông góc lớn

Trường hợp để nằm ngang thì lượng gió thổi qua nhiều

Trường hợp nằm chéo trước quạt thì lượng gió thổi qua ít lại

Và trường hợp chắn vuông góc với hướng gió thổi thì lúc này lượng gióa thổi qua ít nhiều còn tùy thuộc vào tiết diện giấy hoặc độ mạnh của quạt. Đối với từ thông như trên cũng hoàn toàn như vậy

Hoặc ai có con cảm biến siêu âm đo mức nước bị hư. Bạn chỉ cần tháo lắp thiết bị đó ra sẽ thấy cục nam châm vĩnh cửu và cuộn dây tạo từ trường. Đối với dòng từ trường mặc dù nó có sự dịch chuyển mạnh mẽ nhưng chúng ta không bao giờ thấy. Bản chất dòng siêu âm cũng vậy. Hoạt động theo nguyên lý bắn sóng một cách vô hình

2.2 Công thức tính từ thông qua mạch kín

Từ thông qua mạch kín
Từ thông qua mạch kín

Xét một khung dây gồm N vòng có diện tích S , nằm trong một từ trường đều, sao cho đường sức từ \vec{B}  hợp với vector pháp tuyến dương (\vec{n} ) một góc \alpha. Từ thông \Phi là đại lượng được định nghĩa bằng công thức:

Công thức tính từ thông
\Phi =N.B.S.cos \alpha
Trong đó:
\Phi là từ thông qua mạch kín
N là số vòng dây của mạch kín
B là cảm ứng từ
S là diện tích của mạch kín
\alpha là góc hợp bởi \vec{n} \vec{B}

Tùy thuộc vào góc \alpha mà từ thông có thể có giá trị âm hoặc dương:

  • Khi 0^{\circ}< \alpha < 90^{\circ} \to cos \alpha >0 thì \Phi dương
  • Khi 90^{\circ}< \alpha < 180^{\circ} \to cos \alpha <0 thì \Phi âm
  • Khi \alpha = 90^{\circ} \to cos \alpha =0 thì \Phi=0
  • Khi \alpha = 0^{\circ} \to cos \alpha =1 thì \Phi_{max}=NBS
  • Khi \alpha = 180^{\circ} \to cos \alpha =-1 thì \Phi_{min}=-NBS

2. Hiện tượng cảm ứng điện từ

2.1 Khái niệm cảm ứng điện từ

Cảm ứng điện từ là hiện tượng xảy ra khi từ thông qua mạch kín biến thiên ( tăng hoặc giảm) từ đó sinh ra dòng điện. Dòng điện này có tên gọi là dòng điện cảm ứng.

Hiện tượng cảm ứng điện từ được xem là một trong những hiện tượng quan trọng trong vật lý; đã góp phần đưa văn minh nhân loại sang một giai đoạn mới – giai đoạn sử dụng năng lượng điện. Và hiện tượng cảm ứng điện từ được phát hiện bởi nhà vật lý Michael Faraday.

Khi nào thì xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ

Theo định luật, hiện tượng cảm ứng điện từ sẽ chỉ xảy ra trong khoảng thời gian mà từ thông qua mạch kín biến thiên.

Cách nhận biết sự xuất hiện dòng điện cảm ứng

Để biết dòng điện cảm ứng xuất hiện hay không, ta có thể dùng những cách sau: 

  • Ta sử dụng Ampe kế.
  • Sử dụng nam châm thử.
  • Hoặc có thể sử dụng bóng đèn.

2.2 Các định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ

Định luật cơ bản về cảm ứng điện từ:

Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín; thì trong mạch xuất hiệu suất điện động cảm ứng.

Định luật Lenz (Len-xơ):

Dòng điện cảm ứng có chiều cao sao cho từ trường có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.

Định luật Faraday:

Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín; nó tỉ lệ với độ biến thiên từ thông qua mạch và tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian của sự biến thiên ấy (tức là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông).

3. Suất điện động cảm ứng

Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng. Kí hiệu : E_c

Công thức tính suất điện động cảm ứng:

Công thức tính suất điện động cảm ứng
E_c=-\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}
Trong đó:
E_c là suất điện động cảm ứng
\Delta \Phi là độ biến thiên từ thông qua mạch kín
\Delta t thời gian từ thông biến thiên qua mạch

(Độ lớn) suất điện động cảm ứng là đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên của từ thông được xác định bởi biểu thức:

Độ lớn suất điện động
| E_c|=|\frac{\Phi_2 -\Phi_1}{t_2 – t_1} |
Trong đó:
\Phi_1 là từ thông đầu
\Phi_2 là từ thông lúc sau

Nếu từ trường từ B_1  đến B_2 thì:

Độ lớn suất điện động
|E_c|=|\frac{N.(B_2-B_1).S.cos \alpha}{\Delta t} |
Trong đó:
B_1 là cảm ứng từ lúc đầu
B_2 là cảm ứng từ lúc sau

Nếu diện tích vòng dây thay đổi từ S_1 đến S_2 thì :

Độ lớn suất điện động
|E_c|=|\frac{N.B.(S_2-S_1).cos \alpha}{\Delta t} |
Trong đó:
S_1 là diện tích đầu
S_2 là diện tích lúc sau

Nếu góc xoay thay đổi từ \alpha_1  đến \alpha_2  thì:

Độ lớn suất điện động
|E_c|=|\frac{N.B.S(cos \alpha_2-cos \alpha_1)}{\Delta t} |
Trong đó:
\alpha_1 là góc ban đầu
\alpha_2 là góc lúc sau

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Hiện tượng cảm ứng điện từ – Lý thuyết về cảm ứng điện từ hay chi tiết nhất. Nếu các bạn thấy hay và bổ ích, hãy chia sẻ cho bạn bè của mình để cùng nhau học thật giỏi nhá. Đừng quên để lại 1 like, 1 cmt để tạo động lực cho HocThatGioi và giúp HocThatGioi ngày càng phát triển hơn nhé! Chúc các bạn học thật tốt!

Bài viết khác liên quan đến Từ trường
Back to top button
Close