1 trả lời
Lý thuyết và bài tập về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng
Lý thuyết và bài tập về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng
A. Tóm tắt lý thuyết
1. Sự biến đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây
- Khi đưa một cực của nam châm lại gần hay ra xa đầu một cuộn dây dẫn thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây tăng hoặc giảm [biến thiên].
2. Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng
- Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một dây dẫn kín đặt trong từ trường của một nam châm khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đó biến thiên.
3. Cách giải thích sự xuất hiện dòng điện cảm ứng
- Dựa vào điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng để giải thích: Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một dây dẫn kín là số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đó biến thiên.
- Hay hiểu một cách cụ thể là:
- Khi mạch điện kín hay một phần mạch điện kín chuyển động trong từ trường và cắt các đường cảm ứng từ.
- Khi mạch điện kín không chuyển động trong từ trường nhưng từ trường xuyên qua mạch điện đó là từ trường biến đổi theo thời gian.
4. Bài tập minh họa
Bài 1 Một HS nói rằng: “Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một cuộn dây dẫn kín là chuyển động tương đối giữa nam châm và cuộn dây”. Lời phát biểu này đúng hay sai? Tại sao?
Hướng dẫn giải:
Phát biểu này không đúng vì có trường hợp chuyển động giữa nam châm và cuộn dây cũng không sinh ra sức điện động cảm ứng.
Bài 2 Trên hình 32.3, khi cho khung dây quay quanh trục PQ thì trong khung dây có xuất hiện dòng điện cảm ứng hay không? Vì sao?
Hướng dẫn giải:
Vì số đường sức từ xuyên qua tiết diện khung dây không biến thiên.
Lời kết
Qua bài này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…, các em cần phải nắm được:
- Sự biến đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây
- Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng
- Cách giải thích sự xuất hiện dòng điện cảm ứng
B. Bài tập trong sách giáo khoa
Bài C1 [trang 87 SGK Vật Lý 9]: Hãy quan sát xem các đường sức từ [hình 32.1 SGK] xuyên qua tiết diện s của cuộn dây biến thiên như thế nào [tăng hay giảm] trong các trường hợp sau:
- Đưa nam châm lại gần cuộn dây theo phương vuông góc với tiết diện S của cuộn dây
- Đặt nam châm đứng yên trong cuộn dây.
- Đưa nam châm ra xa cuộn dây theo phương vuông góc với tiết diện S của cuộn dây
- Để nam châm nằm yên, cho cuộn dây chuyển động lại gần nam châm.
Hướng dẫn giải:
- Số đường sức từ tăng
- Số đường sức từ không đổi
- Số đường sức từ giảm
- Số đường sức từ tăng
Bài C2 [trang 88 SGK Vật Lý 9]: Đối chiếu kết quả của thí nghiệm trong câu 1 với việc khảo sát số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây, hãy chọn từ thích hợp điền các ô trông trong bảng 1 [SGK].
Hướng dẫn giải:
Bài C3 [trang 88 SGK Vật Lý 9]: Từ bảng 1 [SGK] suy ra trong điều kiện nào thì xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây kín?
Hướng dẫn giải:
Dòng điện cảm ứng trong cuộn dây kín xuất hiện khi số đường sức từ qua tiết diện S của cuộn dây tăng hay giảm
Bài C4 [trang 88 SGK Vật Lý 9]: Vận dụng Nhận xét 2 trong bài học để giải thích vì sao trong thí nghiệm ở hình 31.3 SGK, khi đóng hay ngắt mạch của nam châm điện thì trong cuộn dây dẫn kín xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Hướng dẫn giải:
Vì khi đóng mạch điện, cường độ dòng điện tăng từ không đến có, từ trường của nam châm điện mạnh lên, số đường sức từ biểu diễn từ trường tăng lên, số đường sức từ qua tiết diện S của cuộn dây cũng tăng lên, nên dòng điện cảm ứng xuất hiện.
Bài C5 [trang 89 SGK Vật Lý 9]: Hãy vận dụng kết luận trong bài để giải thích vì sao khi quay núm của đinamô thì đèn xe đạp lại sáng.
Hướng dẫn giải:
Quay núm của đinamô, nam châm quay theo. Khi một cực của nam châm lại gần cuộn dây, số đường sức từ qua tiết diện s của cuộn dây tăng, lúc đó xuất hiện dòng điện cảm ứng. Khi cực đó của nam châm ra xa cuộn dây thì số đường sức từ qua tiết diện s của cuộn dây giảm, lúc đó cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Bài C6 [trang 89 SGK Vật Lý 9]: Hãy giải thích vì sao khi cho nam châm quay như ở hình 31.4 SGK thì trong cuộn dây dẫn kín lại xuất hiện dòng điện cảm ứng
Hướng dẫn giải:
Quay núm của đinamô, nam châm quay theo. Khi một cực của nam châm lại gần cuộn dây, số đường sức từ qua tiết diện s của cuộn dây tăng, lúc đó xuất hiện dòng điện cảm ứng. Khi cực đó của nam châm ra xa cuộn dây thì số đường sức từ qua tiết diện s của cuộn dây giảm, lúc đó cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Bài viết gợi ý:
Đáp án và lời giải chính xác cho câu hỏi “Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng là gì?”cùng với kiến thức mở rộng về Vật lý là những tài liệu học tập vô cùng bổ ích dành cho thầy cô và bạn học sinh
Trả lời câu hỏi: Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng là gì?
- Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một dây dẫn kín là số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây biến thiên.
-Một cách tổng quát, dòng điện cảm ứng xuất hiện khi thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Khi mạch điện kín hay một phần mạch điện kín chuyển động trong từ trường và cắt các đường cảm ứng từ.
+ Khi mạch điện kín không chuyển động trong từ trường nhưng từ trường xuyên qua mạch điện đó là từ trường biến đổi theo thời gian.
Tiếp theo đây, hãy cùng Top lời giải đi tìm hiểu nhiều hơn những kiến thức về dòng điện cảm ứng nhé!
Kiến thức tham khảo về dòng điện cảm ứng.
1. Dòng điện cảm ứng là gì?
- Dòng điện cảm ứnglà một hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi Từ trường sinh ra dòng điện. Dòng điện cảm ứng được sinh ra khi từ thông di chuyển qua một mạch biến thiên.
+ Hiện tượng cảm ứng điện từ: Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch biến thiên.
+ Từ trường cảm ứng: Từ trường xuất hiện xung quanh dây dẫn khi xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ.
2. Tính chất của dòng điện cảm ứng
- Khi từ thông biến đổi theo thời gian tại một mạch kín thì trong mạch sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng và nó chỉ tồn tại trong thời gian mà từ thông biến đổi. Chiều của dòng điện phụ thuộc rất nhiều vào sự tăng giảm của từ thông gửi qua mạch.
3. Định luật Lenz
- Định luật Lenz:Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó.
-Nghĩa là: Khi từ thông qua mạch tăng lên, từ trường cảm ứng sinh ra tác dụng chống lại sư tăng trường của từ thông. Từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài.
-Nếu lý thuyết suông khó hiều, có thể xem hình sau để minh họa. Hãy áp dụng quy tắc năm tay phải để xác định chiều dòng điện cảm ứng trong cuộn dây nha.
-Có 2 trường hợp di chuyển cuộn nam châm:Lại gần và ra xa cuộn dây.
+ Trường hợp 1: Di chuyển lại gần cuộn dây.
Sự tăng lên của từ thông qua một cuộn dây tạo ra một dòng điện cảm ứng. Dòng điện này có chiều, sao cho từ trường do nó tạo ra có xu hướng chống lại từ thông ban đầu.
Dòng điện cảm ứng chống lại sự gia tăng của từ thông
+ Trường hợp 2: Khí đưa nam châm ra xa cuộn dây
Từ thông xuyên qua cuộn dây giảm đi, kim điện kế lệch sang bên trái. Áp dụng nắm tay phải ta thấy rằng: Dòng điện này tạo ra một từ trường cùng chiều với chiều từ trường của nam châm. Tức là: Dòng điện sinh ra có tác dụng chống lại sự giảm từ thông khi di chuyển nam châm ra xa cuôn dây.
Dòng điện cảm ứng chống lại sự giảm của từ thông
4. Ứng dụng của dòng điện cảm ứng
-Dòng điện cảm ứnghay hiện tượng cảm ứng điện từ được ứng dụng vào rất nhiều các lĩnh vực khác nhau trong đời sống như: Ứng dụng trong các thiết bị gia dụng, trong công nghiệp, giao thông, y học… cụ thể như sau:
- Ứng dụng trong bếp từ:
+ Thay vì dẫn nhiệt từ bộ phận làm nóng bằng điện như bếp điện và dẫn nhiệt từ lửa như bếp gas, bếp từ ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để làm nóng nồi nấu thức ăn. Dòng điện cảm ứng từ sẽ trực tiếp làm nóng những dụng cụ nấu ăn đặt trên bếp.
+ Bếp từ thường có kết cấu như sau: Cuộn dây đồng của bếp bao giờ cũng được thiết kế đặt dưới 1 vật cách điện như gốm, thủy tinh. Và có 1 dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộn dây đồng.
+ Nguyên lý hoạt động của bếp từ: Trong quá trình từ trường giao động sẽ tạo ra một từ thông không ngừng từ hóa nồi. Lúc này nồi sẽ đóng vai trò như là lõi từ của các máy biến áp. Chính điều này đã sản sinh ra dòng điện Fu-cô [dòng điện xoáy] lớn ở trong nồi. Dưới tác dụng của dòng điện xoáy, nồi chịu tác động của lực hãm điện từ đó tạo ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun-lenxơ làm nóng từ đáy nồi đến thức ăn được đựng bên trong.
-Ứng dụng dòng điện cảm ứng trong đèn huỳnh quang
+ Hiện nay đèn huỳnh quang có thể nói là thiết bị chiếu sáng phổ biến nhất trong các tòa nhà thương mại cũng như các hộ gia đình.
+ Chấn lưu của đèn huỳnh quang có cơ chế hoạt động dựa trên nguyên lý hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi chúng ta bật đèn, chấn lưu sẽ sinh ra một điện áp cao trên 2 đầu của đèn sau đó sẽ phóng điện qua đèn.
+ Dòng điện chạy qua bóng đèn sẽ tạo thành các ion kích hoạt bột huỳnh quang phát sáng.
+ Sau khi đèn đã sáng, lúc này điện áp ở hai đầu của đèn sẽ giảm đi đồng thời dòng điện qua đèn sẽ bị hạn chế bởi điện cảm của tăng phô.
-Ứng dụng trong máy phát điện
+ Cốt lõi cấu tạo của máy phát điện chính là một cuộn dây được đặt trong môi trường có từ trường.
+ Nguyên lý hoạt động của máy phát điện như sau: Cuộn dây có khả năng dẫn điện sẽ quay với tốc độ không đổi trong từ trường, đồng thời sản sinh radòng điện xoay chiều.
5. Liên hệ thực tế
Đường dây điện cao thế 500 kV của nước ta cũng có tác dụng như một nam châm điện mạnh. Nếu nhà ở sát đường dây này ta có thể gặp nhiều bất trắc do hiện tượng cảm ứng điện từ gây ra: bị điện giật khi chạm tay vào mái tôn, của sổ kim loại, tivi, điện thoại mau chóng bị hỏng...
Bóng đèn huỳnh quang tự phát sáng khi đặt ngay dưới đường dây điện cao thế.