Lý 11 Bài 23: Từ thông và cảm ứng điện từ

1. Tóm tắt lý thuyết

a) Định nghĩa

- Từ thông là thông lượng đường sức từ qua một diện tích và được xác định bởi công thức: \(\phi  = BScos\alpha \)

Trong đó:

• ϕ: Là từ thông (Wb)
• B: Từ trường (T)
• S: Diện tích mặt (m²)
• α: Góc giữa \(\overrightarrow B \) và \(\overrightarrow n \) (\(\overrightarrow n \) là vecto pháp tuyến của mặt phẳng S)

- Từ thông là một đại lượng đại số.

Đơn vị đo từ thông: vêbe (Wb)

1 Wb = 1T.1m²

• TH1: α = 0 thì ϕ = 0
• TH2: α nhọn thì ϕ > 0
• TH3: α nhọn thì ϕ < 0

a) Thí nghiệm

∗ Thí nghiệm 1: Cho nam châm dịch chuyển lại gần vòng dây kín (C) ta thấy trong mạch kín (C) xuất hiện dòng điện.

∗ Thí nghiệm 2: Cho nam châm dịch chuyển ra xa mạch kín (C) ta thấy trong mạch kín (C) xuất hiện dòng điện ngược chiều với thí nghiệm 1.

∗ Thí nghiệm 3: Giữ cho nam châm đứng yên và dịch chuyển mạch kín (C) ta cũng thu được kết quả tương tự.

∗ Thí nghiệm 4: Thay nam châm vĩnh cửu bằng nam châm điện. Khi thay đổi cường độ dòng điện trong nam châm điện thì trong mạch kín (C) cũng xuất hiện dòng điện.

b) Kết luận

- Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một mạch kín khi từ thông qua mạch biến thiên.

Chú ý:

• Khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch xuất hiện một dòng điện, gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong (C) gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
• Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.
• Khi dòng điện cảm ứng thì cũng xuất hiện từ trường xung quanh mạch điện kín.

c) Ứng dụng

- Quy ước: Chiều dương trên mạch (C) là chiều của đường sức từ của nam châm qua (C) theo quy tắc nắm tay phải.

- Chú ý:

• Từ trường xuất hiện trong hiện tượng này là từ trường cảm ứng.
• Từ trường của nam châm là từ trường ban đầu.
• Chiều của từ trường cảm ứng và chiều của dòng điện cảm ứng liên quan chặt chẽ với nhau

- Định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.

• Cách phát biểu khác của định luật Len-xơ (Trường hợp từ thông qua (C) biến thiên do chuyển động): Khi từ thông qua (C) biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên.

- Định nghĩa: Dòng điện Fu- cô là dòng điện xuất hiện trong các khối kim loại khi những khối này chuyển động trong một từ trường biến thiên theo thời gian.

- Tính chất:

• Mọi khối kim loại chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của lực hãm điện từ.
• Dòng điện Fu- cô cũng gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun- Len- xơ: Khối kim loại chuyển động trong từ trường hoặc đặt trong từ trường biến thiên sẽ bị nóng lên.
• Trong nhiều trường hợp, dòng Fu- cô gây nên những hao tổn năng lượng vô ích. Để giảm tác dụng của dòng Fu- cô người ta có thể tăng điện trở của khối kim loại.

- Ứng dụng: Dòng Fu- cô được ứng dụng trong bộ phanh điện từ của ô tô hạng nặng, lò cảm ứng để nung kim loại, lò tôi kim loại.

Một khung dây hình tròn có diện tích S = 2cm² đặt trong từ trường có cảm ứng từ B = 5.10^-2T, các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây. Từ thông qua mặt phẳng khung dây là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây nên:

Từ thông qua mặt phẳng khung dây là:

Φ = B.S.cosα = 5.10^-2.2.10^-4.cos0º = 10^-5Wb.

Một hình vuông có cạnh 5cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10^-4T. Từ thông qua diện tích hình vuông đó bằng 10^-6Wb. Góc α hợp bởi véctơ cảm ứng từ với pháp tuyến hình vuông đó bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Từ thông xuyên qua khung dây là: Φ = B.S.cosα

cosα = Φ/B.S 

= 10^-6/(4.10^-4.0,05²) = 1

⇒ α = 0^o

Câu 1: Một hình vuông có cạnh 5cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10^-4T. Từ thông qua diện tích hình vuông đó bằng 10^-6Wb. Góc α hợp bởi véctơ cảm ứng từ với pháp tuyến hình vuông đó bằng bao nhiêu?

Câu 2: Một khung dây hình chữ nhật có chiều dài 25cm, được đặt vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có B = 4.10^-3T. Từ thông xuyên qua khung dây là 10^-4Wb, chiều rộng của khung dây nói trên là bao nhiêu?

Câu 3: Một khung dây hình vuông có cạnh dài 5cm, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10^-5T, mặt phẳng khung dây tạo với các đường sức từ một góc 30^o. Từ thông qua mặt phẳng khung dây nhận giá trị bao nhiêu?

Câu 4: Một khung dây hình vuông, cạnh dài 4cm, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10^-5T, các đường sức từ hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây góc 60^o. Từ thông qua mặt phẳng khung dây là bao nhiêu?

Câu 5: Một khung dây hình tròn có diện tích S = 2cm² đặt trong từ trường có cảm ứng từ B = 5.10^-2T, các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây. Từ thông qua mặt phẳng khung dây là bao nhiêu?

Câu 1: Từ thông qua khung dây có diện tích S đặt trong từ trường đều đạt giá trị cực đại khi

A. các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây.

B. các đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây.

C. các đường sức từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 0^o.

D. các đường sức từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 40^o.

Câu 2: Cho một khung dây có điện tích S đặt trong từ trường đều, cảm ứng từ , α là góc hợp bởi và pháp tuyến của mặt phẳng khung dây. Công thức tính từ thông qua S là:

A. Φ = B.S.cosα

B. Φ = B.S.sinα

C. Φ = B.S

D. Φ = B.S.tanα

Câu 3: Đơn vị của từ thông có thể là

A. tesla trên mét (T/m)

B. tesla nhân với mét (T.m)

C. tesla trên mét bình phương (T/m²⁾

D. tesla nhân mét bình phương (T.m²)

Câu 4: Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Từ thông là một đại lượng vô hướng.

B. Từ thông qua mặt phẳng khung dây bằng 0 khi khung dây dẫn đặt trong từ trường có các đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây.

C. Từ thông qua một mặt kín luôn khác 0.

D. Từ thông qua một mặt kín có thể bằng 0 hoặc khác 0.

Câu 5: Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về từ thông?

A. Biểu thức định nghĩa của từ thông là Φ = B.S.cosα

B. Đơn vị của từ thông là vêbe (Wb)

C. Từ thông là một đại lượng đại số

D. Từ thông là một đại lượng có hướng.

Qua bài giảng Từ thông và cảm ứng điện từ này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Viết được công thức và hiểu được ý nghĩa vật lý của từ thông.

• Phát biểu được định nghĩa và hiểu được khi nào thì có hiện tượng cảm ứng điện từ.

• Phát biểu được định luật Len-xơ theo những cách khác nhau và biết vận dụng để xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong các trường hợp khác nhau.

• Phát biểu được định nghĩa và nêu được một số tính chất của dòng điện Fu-cô..