Bài giảng Vật lí - Chương X: Hiện tượng cảm ứng điện từ

Nội dung text: Bài giảng Vật lí - Chương X: Hiện tượng cảm ứng điện từ

1. CHƯƠNG X HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
2. 3. Định luật Lenz: Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó. 4. Suất điện cảm ứng xuất hiện trong thanh dẫn chuyển động trong từ trường. d  dt d là từ thông gửi qua diện tích quét bởi thanh trong thời gian dt
3. Nếu là mạch kín thì sẽ có sự chuyển động của các điện tích trong mạch tạo nên dòng điện, nghĩa là trong mạch xuất hiện s.đ.đ. Sự xuất hiện hiệu điện thế ở hai đầu thanh dẫn (mạch hở) cũng như xuất hiện s.đ.đ trong mạch kín chứng tỏ bên trong thanh dẫn có tồn tại một trường lực lạ ; trong trường hợp này bản chất lực tác dụng của trường lạ chính là lực từ, còn vecơ cường độ điện trường lạ là: F E * L v B q Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong thanh dẫn:  E *.ds (v B)ds (s) (s)
4. Trên đoạn ad, vectơ nằm dọc theo đoạn mạch và ngược chiều tính lưu số, do đó ta có: dx BdS d  vBs Bs dt dt dt dx là độ dịch chuyển của đoạn ad trong thời gian dt dФ là từ thông gửi qua diện tích dS = sdx mà đoạn ad quét được trong khoảng thời gian dt
5. Vì từ thông gửi qua mạch kín tỉ lệ với B, mà B tỉ lệ với I nên  m tỉ lệ với I do đó: m LI L là hệ số tỉ lệ gọi là hệ số tự cảm của mạch Do đó: d(LI)  tc dt Nếu mạch kín không biến dạng và độ từ thẩm của môi trường không thay đổi thì L = const nên: dI  L tc dt
6. Áp dụng định luật Ohm cho mạch điện trong quá trình dòng điện đang được thành lập, ta có: E tc Ri di di E L Ri E Ri L dt dt Eidt Ri2 Lidi Eidt chính là năng lượng do nguồn điện sinh ra trong khoảng thời gian dt.
7. 2.Năng lượng của TT bất kỳ Năng lượng của TT tập trung trong khoảng không gian của từ trường. TTcủa ống dây điện thẳng và dài là TTđều và có thể coi như chỉ tồn tại trong thể tích của ống dây. Nếu gọi V = lS là thể tích của ống dây thì mật độ năng lượng TT W 1/ 2LI 2  m m V V V = l.S, , l là chiều dài của ống dây, S là tiết diện thẳng góc của ống dây
8. Công thức này cũng áp dụng được cho một từ trường bất kỳ Vậy năng lượng của TT bất kỳ là: 1 B2 1 W dW  dV dV BHdV m m m V V 2 V o 2 V
9. a)   r L  I d B.d S ' B.dS 0 vdtdx r 2 x  Ivdt r L dx  Ivdt r L 0 0 ln 2 r x 2 r d  Iv r L  0 ln dt 2 r Đầu gần dòng điện I tích x dx điện dương, đầu còn lại v vdt I tích điện âm r L
10. 2)Trong mặt phẳng chứa dòng điện thẳng dài vô hạn cường độ I, người ta đặt một khung dây dẫn hình chữ nhật ABCD , AB = CD = b, AD = BC = a, điện trở của cả khung bằng R. Cho khung chuyển động tịnh tiến với vận tốc không đổi v theo phương vuông góc với dòng điện và đi ra xa dòng điện. Xác định chiều và cường độ của dòng điện cảm ứng khi cạnh AB cách dòng điện thẳng một đoạn r.
11. Cách 2: Từ thông gửi qua khung khi cạnh AB cách dòng điện một đoạn r:  Ib r a dx  Ib r a  o o ln 2 r x 2 r dr dr d  Ib  Ib v v  o dt dt o dt 2 r a r 2 r a r  Ibav o 2 r(r a)
12. 3) Dòng điện chạy qua một solenoid có cường độ -αt -1 I = I0 (1 – e ) với I0 = 30A, α = 1,6s . Số vòng dây trên một đơn vị dài của solenoid là n0 = 400 vòng/m. Trong lòng solenoid đặt một vòng dây nhỏ bán kính r = 6cm gồm 250 vòng sao cho mặt phẳng vòng dây vuông góc với trục của solenoid. Tính s đ đ cảm ứng trong vòng dây nhỏ.
13. 4) Có hai thanh kim loại nằm ngang, song song với nhau cách nhau một khoảng l, được đặt trong từ trường đều có vecto cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng chứa hai thanh. Hai đầu của hai thanh được nối với điện trở R. Đoạn dây dẫn ab khối lượng m có thể trượt không ma sát trên hai thanh và luôn tiếp xúc với hai thanh. Hỏi cường độ dòng điện chạy qua điện trở sẽ biến thiên như thế nào nếu đoạn dây ab trượt: a) Với vận tốc đầu v0 b) Không vận tốc đầu, nhưng chịu tác dụng của lực ngoài F không đổi
14. Lực điện từ tác dụng vào thanh có độ lớn B2l 2v Fm BIl Theo đl Newton II R B2l 2v dv ma m R dt v t 2 2 B2l2 dv B l t dt v v e mR v mR 0 v0 0 B2l2 t Blv Blv e mR I 0 R R
15. 5) Một đĩa kim loại bán kính R = 25cm quay quanh trục của nó với vận tốc góc n = 1000 vòng/phút. Tìm hiệu điện thế giữa tâm đĩa và một điểm trên mép đĩa trong hai trường hợp: a) Khi không có từ trường b) Khi đặt đĩa trong từ trường có cảm ứng từ B = 10-2 T và đường sức từ vuông góc với đĩa
16. m 2r F F eE m 2r E e lt e dV VR R m 2r E dV dr dr e VO 0 m 2 R2 V V O R 2e
17. 6) 1.Một vòng dây dẫn hình chữ nhật có chứa một điện trở chuyển động với vận tốc không đổi v ra khỏi một từ trường đều Bo như hình vẽ. Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Không có dòng điện đi qua điện trở B. Có dòng điện đi xuống trong điệntrở C. Có dòng điện đi lên trong điện trở X X X X V X X X X X X X X
18. 7) Một cuộn dây gồm 5 vòng, mỗi vòng là một hình vuông có cạnh 25cm. Dòng điện qua mỗi vòng có cường độ I và chiều như hình vẽ. Trong trường hợp (1) cuộn dây nằm trong mặt phẳng yz, còn trong trường hợp (2) cuộn dây nằm trong mặt phẳng xy z z I y y x x (1) (2)
19. Giải  Cuộn dây nằm trong mặt phẳng yz nên P m hướng theo t rục x.   Pm B    hướng theo trục z, nên B song song với trục y
20. c. Bây giờ xét trường hợp (2), từ trường có độ lớn 3,5T hướng theo chiều dương của trục z. Thế năng của cuộn dây ở vị trí trên hình vẽ là: A. cực đại B. cực tiểu   z W Pm.B   y Pm và B cùng chiều nên thế năng của cuộn dây cực tiểu x (2)
21. • Một vòng dây hình tam giác, trong đó có chứa một điện trở, được kéo với vận tốc không đổi 2m/s dọc theo trục x, từ vùng không có từ trường vào vùng có từ trường đều vuông góc với vòng dây.Vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của dòng điện đi qua điện trở. Giả sử lúc t = 0 thì vòng dây bắt đầu đi vào vùng có từ trường. 2m/s 45o 45o 1m
22. Một dòng điện thẳng dài vô hạn có cường độ I. Tại các khoảng cách a và b có đặt song song với nó hai sợi dây trần mà một đầu của nó gắn với điện trở R. Một thanh 3-4 với vận tốc v và tựa trên hai dây. Hãy xác định: a) Cường độ và chiều dòng điện trong chu vi 1-2-3- 4. b) Lực F cần thiết để giữ cho vận tốc của thanh 3-4 không đổi và khoảng cách r từ dòng điện I đến điểm cần đặt lực F để thanh chuyển động tịnh tiến. c) Côn suất tiêu tốn trong sự dịch chuyển của thanh
23. • Khi thanh dịch chuyển từ thông gửi qua chu vi 1- 2-3-4 tăng nên theo định luật Lenz từ trường B’ do dòng điện cảm ứng i gây ra ngược chiều với B do dòng điện I gây ra. Vậy dòng điện i có chiều ngược chiều kim đồng hồ. b) Để thanh 3-4 chuyển động tịnh tiến với vận tốc không đổi thì lực F và từ lực Fm tác dụng lên thanh phải có độ lớn bằng nhau và ngược chiều và điểm đặt của chúng phải trùng nhau. Chia thanh 3-4 ra làm các phần tử vi cấp dx cách dòng điện I một đoạn x. Từ lực tác dụng lên phần tử này là:
24. • Gọi r là khoảng cách từ dòng điện I đến điểm cần đặt lực F. Ta có: M M F Fm M F r.F  I b M dM x.dF i 0 dx Fm Fm m 2 a  I i 0 (b a) 2  I b  I b a ri 0 ln i 0 (b a) r 2 a 2 ln b / a
25. • Một thanh kim loại mảnh, chiều dài l = 1,2m quay quanh một trục vuông góc với thanh, đi qua thanh và ở cách xa một trong hai đầu thanh một đoạn l1 = 25cm với vận tốc n = 120 vòng/phút. Thanh quay trong từ trường đều với vecto cảm ứng từ B song song với trục quay và có độ lớn B = 10-3 T. Tìm hiệu điện thế sinh ra ở hai đầu thanh.
26. • Áp dụng qui tắc bàn tay trái ta thấy trên đoạn OM đầu M tích điện âm, đầu O tích điện dương. Trên đoạn ON đầu N tích điện âm, đầu O tích điện dương. M O N • Vậy hiệu điện thế UMN là: 1 U   B(l 2 l 2 ) 5,3mV MN 1 2 2 2 1
27. • Từ thông gửi qua diện tích quét bởi thanh AB trong thời gian dt d B.AB.vdt • Sđđ cảm ứng xuất hiện trên thanh AB d  B.AB.v dt • Cường độ dòng điện chạy trong chu vi OAB  i ; R