Bài 24: Suất Điện Động Cảm Ứng

I. Suất điện động cảm ứng trong mạch kín.

1. Định nghĩa

Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.
Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
Suất điện động cảm ứng có giá trị lớn khi từ thông biến thiên nhanh.
Hiện tượng cảm ứng điện từ được Fa-ra-đây phát minh và công bố, đây là một trong số những phát minh quan trọng nhất trong lĩnh vực điện từ.

2. Định luật Fa-ra-đây

Định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ:

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.

Công thức:

$e_{c}= -\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}$

Trong trường hợp mạch điện là một khung dây có N vòng thì:

$e_{c}= -N\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}$

Nếu trong mạch kín có điện trở R thì ta có:

$e_{c}= R.I$

Trong đó: R: điện trở

I: cường độ dòng điện

II. Quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và Định luật Len-xơ

Sự xuất hiện dấu (-) trong công thức là để phù hợp với định luật Len-xơ.
Mạch kín cần được định hướng, ta chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thông qua mạch kín (C)
Nếu $\Phi$ tăng thì $e_{c}< 0$

=> Chiều của suất điện động cảm ứng ( chiều của dòng điện cảm ứng ) ngược với chiều của mạch.

Nếu $\Phi$ giảm thì $e_{c}> 0$

=> Chiều của suất điện động cảm ứng ( chiều của dòng điện cảm ứng ) là chiều của mạch.

III. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường

Một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường thì trong đoạn dây suất hiện một suất điện động cảm ứng.
Độ lớn:

$\left | e_{c} \right |=B.l.v.sin\theta$

trong đó: +) B cảm ứng từ (T)

+) $l$ chiều dài (m)

+) v vận tốc (m/s)

+) $\theta =\left ( \underset{v}{\rightarrow},\underset{B}{\rightarrow} \right )$

Chiều tuân theo quy tắc bàn tay phải:

Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón tay cái choãi ra $90^{\circ}$ hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây đóng vai trò nguồn điện và chiều từ cổ tay đến đầu ngón tay chỉ chiều cực âm sang cực dương của nguồn điện.

IV. Chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ

Để tạo ra sự biến thiên từ thông qua mạch (C) cần có ngoại lực tác động vào (C) và ngoại lực này đã sinh ra một công cơ học.Công cơ học làm xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch, nghĩa là tạo ra điện năng.

=> Bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ đã nêu ở trên là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

Đĩa Faraday – Máy phát điện đồng nhất đầu tiên

Joseph Henry
Người ta vẫn nói rằng Fa-ra-đây là người phát minh ra hiện tượng cảm ứng điện từ nhưng độc lập và hầu như đồng thời với Fa-ra-đây còn có Hen-ri ( nhà vật lý người Mỹ ) là người cũng nghiên cứu hiện tượng này. Lúc ấy, Hen-ri còn là một giáo viên, ông đã dành suốt kì nghỉ hè của mình để nghiên cứu nhưng mãi một năm sau Hen-ri mới công bố những kết quả nghiên cứu của mình. Vì Fa-ra-đây công bố trước nên ông được ưu tiên hưởng bản quyền phát minh. Tuy Hen-ri không được công nhận là người phát minh nhưng người ta vẫn lấy tên ông đặt cho đơn vị độ tự cảm của ống dây là Henri.

V. Bài tập

Bài tập 1: Một mạch kín hình vuông cạnh 10cm, đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của từ trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng i=2A và điện trở của mạch r=5 ôm.

Lời giải: Tại đây

Bài tập 2: Khung dây đồng ABCD hình chữ nhật có kích thước 20cmx10cm đặt vào từ trường đều, có B=0,5T. Véc-tơ cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung một góc 30 độ.

a) Tính từ thông qua khung dây

b) Cho từ trường giảm đều đến không trong thời gian 0,1s. Tính suất điện động cảm ứng trong thời gian biến đổi.

Lời giải: Tại đây