Biểu thức từ thông
\[\Phi =N.B.Scos\alpha \]
Trong đó:
- Φ: từ thông [Wb đọc là vêbe]
- N: số vòng dây [trong trường hợp có nhiều vòng dây]
- S: tiết diện [m2]
- B: cảm ứng từ [T]
- α = \[[\vec{B},\vec{n}]\]
- Lưu ý: khi \[\vec{B}\] vuông góc với mặt S => α = 0o.
Hiện tượng cảm ứng điện từ: Khi từ thông qua mạch kín biến thiên → trong mạch xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng cảm ứng điện từ do nhà vật lí Michael Faraday [1791 – 1867] tìm ra.
Định luật Lenxơ: Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông.
Định luật Farađây về suất điện động cảm ứng
\[E_{C}=-\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}\] → độ lớn \[E_{C}=\left |\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t} \right |\]
Trong đó:
- $E_{c}$: suất điện động cảm ứng [V]
- ΔΦ: độ biến thiên từ thông [Wb]
- Δt: thời gian từ thông biến thiên qua mạch kín [s]
- ΔΦ/Δt: gọi là tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín [Wb/s]
Dấu “-” trong công thức, Faraday đưa vào để giải thích chiều của dòng điện cảm ứng, nó phù hợp với định luật Lenxơ
Bài tập 1. Một vòng dây phẳng giới hạn diện tích 5 cm2 đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 0,1 T. Mặt phẳng vòng dây làm thành với \[\vec{B}\] một góc 30o. Tính từ thông qua diện tích trên.
α = \[[\vec{n},\vec{B}]\] = 60o
Φ = N.BS.cos α = 25.10-6 Wb.
Bài tập 2. Một khung dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,06 T sao cho mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ. Từ thông qua khung dây là 1,2.10$^{-5 }$Wb. Tính bán kín vòng dây.
α = \[[\vec{n},\vec{B}]\] = 0o
Φ = N.BS.cos α = BπR2cosα => R = 8.10-3 m
Bài tập 3. Một khung dây phẳng giới hạn diện tích S = 5 cm2 gồm 20 vòng dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ từ B = 0,1 T sao cho mặt phẳng khung dây hợp với véc tơ cảm ứng từ một góc 60o. Tính từ thông qua diện tích giới hạn bởi khung dây.
α = \[[\vec{n},\vec{B}]\] = 30o
Φ = N.BS.cos α = 8,7.10-4 Wb.
Bài tập 4. Một khung dây hình vuông cạnh 5 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 8.10-4 T. Từ thông qua hình vuông đó bằng 10-6 Wb. Tính góc hợp giữa véc tơ cảm ứng từ và véc tơ pháp tuyến của hình vuông đó.
Φ = N.BS.cos α => cosα = 0,5 => α = 60o
Bài tập 5. Một khung dây hình tròn diện tích S = 15cm2 gồm N = 10vòng dây, đặt trong từ trường đều \[\vec{B}\] hợp với véc tơ pháp tuyến \[\vec{n}\] của mặt phẳng khung dây góc α = 30o như hình vẽ. Biết B = 0,04T. Tính độ biến thiên từ thông qua khung dây khi
a/ Tịnh tiến đều khung dây trong từ trường
b/ khung dây quay quanh trục MN một góc 180°
c/ khung dây quay quanh trục MN một góc 360°
Bài tập 6. Một khung dây có các tiết diện là hình tròn bán kính khung dây là 20cm, khung dây được đặt vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có B = 2/10-5T. Hãy xác định giá trị của từ thông xuyên qua khung dây nói trên.
Bài tập 7. Một khung dây hình tam giác vuông có độ dài cạnh huyền là 10cm và một cạnh góc vuông là 8cm. Cả khung dây được đưa vào từ trường đều sao cho các đường sức từ vuông góc với khung dây, từ thông xuyên qua khung dây là 1,2.10-7Wb, tìm B.
Bài tập 8. Một khung dây hình tròn đường kính d = 10cm, Cho dòng điện I = 20A chạy trong dây dẫn.
a/ Tính cảm ứng từ B do dòng điện gây ra tại tâm của khung dây.
b/ Tính từ thông xuyên qua khung dây.
Bài tập 9. Một khung dây có chiều dài l = 40cm. Gồm 4000 vòng, cho dòng điện I = 10A chạy trong ống dây
a/ Tính cảm ứng từ B trong ống dây
b/ Đặt đối diện với ống dây một khung dây hình vuông, cạnh a = 5cm, tính từ thông xuyên qua khung dây.
Video qui tắc tay phải 1, qui tắc tay phải 2
Bài tập vận dụng qui tắc tay phải 2
Bài tập 10. Đặt một thanh nam châm thẳng ở gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong các trường hợp:
a/ Đưa nam châm lại gần khung dây.
b/ Kéo nam châm ra xa khung dây.
a/ Khi đưa nam châm lại gần khung dây [từ trường của nam châm có hướng [véc tơ \[\vec{B}\]], từ thông qua khung dây tăng, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ngoài véc tơ \[\vec{B_{C}}\] [để chống lại sự tăng của từ thông qua khung dây] nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ B đến A [xác định nhờ quy tắc nắm tay phải 1].
b/ Khi đưa nam châm ra xa khung dây, từ thông qua khung dây giảm, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng cùng chiều với từ trường ngoài [để chống lại sự giảm của từ thông qua khung dây] nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ A đến B.
Bài tập 11. Cho một ống dây quấn trên lỏi thép có dòng điện chạy qua đặt gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Cường độ dòng điện trong ống dây có thể thay đổi được nhờ biến trở có có con chạy R. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong các trường hợp:
a/ Dịch chuyển con chạy về phía N.
b/ Dịch chuyển con chạy về phía M.
áp dụng qui tắc bàn tay phải 2 => chiều của từ trường của ống dây có dạng như hình vẽ.
a/ Khi con chạy dịch chuyển về phía M, điện trở của biến trở giảm, cường độ dòng điện qua ống dây tăng, từ trường tăng, từ thông qua khung dây tăng, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ngoài để chống lại sự tăng của từ thông nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ B đến A.
b/ Khi con chạy dịch chuyển về phía N, điện trở của biến trở tăng, cường độ dòng điện qua ống dây giảm, từ trường giảm, từ thông qua khung dây giảm, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng cùng chiều với từ trường ngoài để chống lại sự giảm của từ thông nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ A đến B.
Bài tập 12. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong các trường hợp sau
Bài tập 13. Hãy xác định cách di chuyển nam châm để dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch như hình.
Bài tập 14. Hãy xác định các cực của nam châm trong các trường hợp sau
Bài tập 15. Cho hệ thống như hình. Khi nam châm đi lên thì dòng điện cảm ứng trong vòng dây sẽ có chiều như thế nào? Vòng dây sẽ chuyển động như thế nào?
Bài tập 16. Thí nghiệm được bố trí như hình vẽ. Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong mạch C khi con chạy của biến trở đi xuống.
Bài tập 17. Một nam châm đưa lại gần vòng dây như hình vẽ. Hỏi dòng điện cảm ứng trong vòng dây có chiều như thế nào và vòng dây sẽ chuyển động về phía nào.
Bài tập 18. Dùng định luật Len-xơ xác định chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây dẫn trong các trường hợp sau
a/ Thanh nam châm rơi đến gần khung dây, sau đó đi qua khung dây và rơi ra khỏi khung dây.
b/ Con chạy của biến trở R di chuyển sang phải.
c/ Đóng khóa k
d/ Khung dây ban đầu trong từ trường hình vuông, sau đó kéo thành hình chữ nhật ngày càng dẹt đi.
e/ Đưa khung dây ra xa dòng điện.
f/ giảm cường độ dòng điện trong ống dây.
Bài tập 19. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây kín ABCD, biết rằng cảm ứng từ B đang giảm dần.