Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 6 - PGS. TS Nguyễn Thành Vấn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 6 được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên hiểu được các khái niệm cơ bản về cảm ứng điện từ; Nắm được các hiện tượng về cảm ứng điện từ; Vận dụng giải các bài toán cụ thể về tìm dòng điện cảm ứng, giải thích các hiện tượng cảm ứng điện từ và năng lượng từ trường.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 6 - PGS. TS Nguyễn Thành Vấn

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2 Chương 6: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Nội dung • Hiện tượng cảm ứng • Ứng dụng hiện tượng điện từ cảm ứng điện từ. • Hiện tượng tự cảm • Năng lượng từ trường. • Hiện tượng hỗ cảm Chuẩn đầu ra • Hiểu được các khái niệm cơ bản về cảm ứng điện từ. • Nắm được các hiện tượng về cảm ứng điện từ. • Vận dụng giải các bài toán cụ thể về tìm dòng điện cảm ứng, giải thích các hiện tượng cảm ứng điện từ và năng lượng từ trường. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Hiện tượng tự cảm Hiện tượng hỗ cảm Ứng dụng cảm ứng điện từ Năng lượng từ trường Định luật Kirchhoff trong mạch có cuộn cảm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
6.0. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ (CƯĐT) Sự phát sinh sức điện động bằng cách thay đổi từ thông được quan sát bởi Faraday và Henry vào đầu thế kỷ 19. Các thí nghiệm của họ làm căn bản cho sự phát minh máy phát điện động cơ, máy biến thế, … Trong chương 1 ta biết điện trường tĩnh của một phân bố tĩnh điện tích là một trường bảo toàn nghĩa là tích phân đường của điện trường quanh một đường kín bất kỳ triệt tiêu ( E.d 0) C Các phần tử mang điện tích, như điện tử, có thể bị tác dụng bởi các lực khác như Cơ, Hóa, … trong một đoạn của mạch kín khiến cho tích phân của E quanh mạch không triệt tiêu ( E* .d 0) C Trị số của tích phân trong trường hợp này gọi là sức điện động: E* .d C Sức điện động này là động lực duy trì dòng điện quanh mạch. Khi một pin cho dòng điện ở mạch ngoài, dòng điện trong pin chạy từ cực có điện thế thấp đến nơi có điện thế cao. Lực hóa di chuyển các điện tích ngược chiều CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Dây dẫn E Nói cách khác: sức điện động của nguồn điện (kí hiệu là ) là đại om + - lượng đặc trưng cho độ mạnh của .c nguồn điện, là công để làm dịch  2 ng 1 + - E* + chuyển một đơn vị điện tích dương co dọc theo mạch điện. Thực vậy: Nguồn điện an th Hình 4A.3 ng 2 2 A12 A12   1 * Đối với đoạn mạch: 12  E .d  * F .d   o q q 1 du 1 1 u Tổng quát: đối với mạch kín : E.d cu C E không phải là điện trường tĩnh mà là điện trường xoáy, vì nếu điện trường tĩnh thì ( E.d 0) CuuDuongThanCong.com C https://fb.com/tailieudientucntt
6.1. CÁC ĐỊNH LUẬT 6.1.1 THÍ NGHIỆM FARADAY (ĐỊNH LUẬT FARADAY) dS om  B .c ng Từ thông dS co  m   B.dS =  BdScos an th S S Hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra Ba điều kiện trên sẽ dẫn đến  m ng khi một trong ba thông số sau thay thay đổi o du đổi: Vậy khi từ thông gửi qua u  B thay đổi diện tích mạch thay đổi thì cu trong mạch xuất hiện hiện  Diện tích S của vòng dây thay đổi tượng cảm ứng điện từ (sức  Vị trí tương đối của mặt phẳng điện động cảm ứng hoặc vòng dây và B thay đổi (góc  ) dòng điện cảm ứng). CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Sức điện động cảm ứng này độc lập với cách thức mà từ thông được thay đổi, có thể do sự biến đổi của từ trường , có thểB sự biến dạng do hay dịch chuyển của mạch, …Ở một khía cạnh nào đó, định luật om Faraday, có thể suy ra từ nguyên lý bảo toàn năng lượng, định luật nên được xem như là một kết quả thực nghiệm độc lập. .c ng Thí nghiệm cho thấy dòng điện cảm ứng lớn hay nhỏ phụ thuộc tốc độ co thay đổi của từ thông: d m an dt th ng Dòng điện cảm ứng sinh ra để chống lại sự thay đổi của từ thông nên: o d m du c   u dt cu Dấu trừ chỉ rằng chiều của sức điện động cảm ứng, còn gọi sức điện động đối, là làm sao cho mạch có thể chống lại (có hiểu như lực quán tính trong cơ học) nguyên nhân phát sinh ra sức điện động ấy, thể theo định luật Lenz. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có om tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó. .c ng Khi dòng điện thay đổi (ví dụ dòng điện biến thiên)  B do chính co dòng điện đó sinh ra thay đổi => từ thông gửi qua diện tích mạch (của an chính dòng điện đó) thay đổi => hiện tượng tự cảm ứng điện từ => th hiện tượng tự cảm d m d m dI ng c      tc o du dt dI dt u d m cu Với: L : hệ số tự cảm (Henry) dI dI  tc   L dt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
B B om Ic = Itc .c BC ng BC co I Ic = Itc I an I tăng  B tăng   m tăng th I giảm B giảm   m giảm o ng du Ic = Itc Ic = Itc u cu BC Sinh ra để chống lại sự tăng của B BC Sinh ra để chống lại sự giảm B  Bc  B  Bc  B CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
 Từ trường trong ống dây: B   0 nI om (4B.20) .c  Từ thông gửi qua ống dây (có N vòng dây):  m  NBS ng co N2  N  m  0 n   an IS   th ng  Ta có: d m o L du dI u cu 2 N L  0 S (6.8) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
6.3. HIỆN TƯỢNG HỖ CẢM C1 C2 om .c ng co I1 I2 an  6.3.1. Hiện tượng: hiện tượng cường độ dòng điện th trong một mạch bị biến đổi làm xuất hiện dòng điện ng cảm ứng trong mạch kia gọi là hiện tượng hỗ cảm, dòng o du điện này được gọi là dòng điện hỗ cảm. u cu  6.3.2. Sức điện động hỗ cảm – Hệ số hỗ cảm d m  hc  dt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
 Φm12 = M12I1: từ thông do dòng điện I1 sinh ra và gửi qua diện tích của mặt (C2). om  Φm21 = M21I2: từ thông do dòng điện I2 sinh ra và gửi .c qua diện tích của mặt (C1). ng  M12 = M21 = M (Henry = H): hệ số hỗ cảm của hai co mạch (C1) và (C2). an  Sức điện động hỗ cảm trong (C2): th o ng d m12 dI1 du  hc2    M u dt dt cu  Sức điện động hỗ cảm trong (C1): d m21 dI 2  hc1    M CuuDuongThanCong.com dt dt https://fb.com/tailieudientucntt
om  Tại thời điểm t: .c     n; B    t   ng co  Từ thông gửi qua khung dây: an  m  N  B.dS  NBScos(t  ) th ng S  Φm thay đổi theo t, trong khung xuất hiện sức điện động o du cảm ứng d m u c    NSBsin(t  ) cu dt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Khi đặt một khối vật dẫn trong từ trường biến thiên thì xuất hiện dòng điện cảm ứng khép kín gọi là dòng om điện Foucault. Dòng điện Foucault có vai trò quan trọng .c trong kỹ thuật. ng co an Lõi sắt trong máy biến thế, th ng động cơ điện …, chịu tác dụng o của từ trường biến đổi, dòng du Foucault xuất hiện. Năng lượng u cu của dòng Foucault mất dưới dạng nhiệt năng làm giảm hiệu suất của máy. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
om .c ng co an th o ng du u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
om .c ng co an th o ng du u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
 Khi thanh kim loại chuyển động với vận tốc v vuông góc với từ trường đều B thì trong thanh xuất hiện một sức điện động cảm om ứng  c tỉ lệ với vận tốc v. Nếu hai đầu thanh được nối với một dây .c dẫn thì có dòng điện cảm ứng đi qua thanh và dây dẫn. Cường độ ng cảm ứng này cũng tỉ lệ với v. Gọi R là điện trở toàn mạch, ta có: co  c vBL an Ic   R R th  Thanh kim loại sẽ chịu tác dụng bởi một từ ngược chiều ng chuyển động của thanh và độ lớn cùng tỉ lệ với v: o du vB2 L2 u Fc  Ic BL Fc  cu R  Lực có tính chất này tác dụng như lực cản của môi trường và chuyển động của thanh kim loại trong từ trường như chuyển động của trong môi trường nhớt. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
om .c ng co an th o ng du u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
om • Hiệu ứng da là hiện .c tượng mật độ dòng i S i S điện xoay chiều khác ng nhau dọc theo bán co B' B' B' kính của dây: cực đại   B'  an  ở mặt ngoài và cực   th   tiểu ở trục của dây. ng B B B B Hiện tượng này càng o rõ khi đường kính dây du và tần số dòng điện u (a) (b) lớn. Khi tần số cao thì cu dòng điện chỉ chạy trên một lớp rất mỏng ở mặt ngoài dây CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Máy được cấu tạo như hình vẽ, gồm 2 cuộn dây vuông góc om nhau, cuộn 2 là cuộn phát, khi gặp vật dẫn dưới đất, từ thông .c qua nó biến thiên, tạo nên dòng hỗ cảm qua cuộn 1, xuất hiện ng dòng điện hỗ cảm ở cuộn 1, báo cho biết có vật dẫn dưới đất co an th o ng du u cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt