Lý 11 Bài 25: Tự cảm

• Từ thông riêng của một mạch kín có dòng điện chạy qua: \(\Phi  = Li\)

• Độ tự cảm của một ống dây: \(L = 4\pi {.10^{ - 7}}.\mu .\frac{{{N^2}}}{l}.S\)

• Đơn vị của độ tự cảm là henri (H) \(1H = \frac{{1{W_b}}}{{1A}}\)

a) Định nghĩa

• Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên của từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

b) Một số ví dụ về hiện tượng tự cảm

- Ví dụ 1

• Khi đóng khóa K, đèn 1 sáng lên ngay còn đèn 2 sáng lên từ từ.

• Giải thích: Khi đóng khóa K, dòng điện qua ống dây và đèn 2 tăng lên đột ngột, khi đó trong ống dây xuất hiện suất điện động tự cảm có tác dụng cản trở sự tăng của dòng điện qua L. Do đó dòng điện qua L và đèn 2 tăng lên từ từ.

- Ví dụ 2

• Khi đột ngột ngắt khóa K, ta thấy đèn sáng bừng lên trước khi tắt.

• Giải thích: Khi ngắt K, dòng điện iL giảm đột ngột xuống 0. Trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng cùng chiều với iL ban đầu, dòng điện này chạy qua đèn và vì K ngắt đột ngột nên cường độ dòng cảm ứng khá lớn, làm cho đèn sáng bừng lên trước khi tắt

a) Suất điện động tự cảm

• Suất điện động cảm ứng trong mạch xuất hiện do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm.

• Biểu thức suất điện động tự cảm: \({e_{tc}} =  - {\rm{ }}L\frac{{\Delta i}}{{\Delta t}}\)

• Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

b) Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm

\({\rm{W}} = \frac{1}{2}L{i^2}.\)

• Hiện tượng tự cảm có nhiều ứng dụng trong các mạch điện xoay chiều.

• Cuộn cảm là một phần tử quan trọng trong các mạch điện xoay chiều có mạch dao động và các máy biến áp.

Tính độ tự cảm của mỗi ống dây hình trụ có chiều dài 0,5m gồm có 1000 vòng dây, mỗi vòng dây có đường kính 20cm

Hướng dẫn giải

Theo đề bài ta có:

• Số vòng dây: N= 1000 vòng.
• Chiều dài ống: l = 0,5 m.
• Đường kính mỗi vòng dây: 20 cm = 0,2 m,

⇒ Diện tích mỗi vòng dây là: 

\(S = \pi {r^2} = \pi {\left( {\frac{d}{2}} \right)^2} = \pi {\left( {\frac{{0,2}}{2}} \right)^2} = 0,01\pi ({m^2})\)

Độ tự cảm của mỗi ống dây:

\(L = 4\pi {.10^{ - 7}}.\mu .\frac{{{N^2}}}{l}.S\) ⇒\(L = 4\pi 10^{-7} .\frac{10^{6}}{0,5} (\pi . 0,01) = 0,079H\)  

Vậy, độ tự cảm của mỗi ống dây: \(L = 0,079H\)  

Suất điện động tự cảm 0,75V xuất hiện trong một cuộn cảm có \(L = 25mH\); tại đó cường độ dòng điện giảm từ \(i_a\)  giá trị xuống 0 trong 0,01s. Tính \(i_a\) 

Hướng dẫn giải

Ta có độ lớn của suất điện động tự cảm:

\({e_{tc}} = L\left| {\frac{{\Delta i}}{{\Delta t}}} \right|\)

\(\begin{array}{l}
 \Leftrightarrow 0,75 = {25.10^{ - 3}}.\frac{{{i_a}}}{{0,01}}\\
 \Rightarrow {i_a} = 0,3A
\end{array}\)

Vậy, \({i_a} = 0,3A\)

Câu 1: Một ống dây hình trụ dài 40cm, gồm 1000 vòng dây, diện tích mỗi vòng dây là 200cm2. Độ tự cảm của ống dây khi đặt trong không khí là bao nhiêu?

Câu 2: Một ống dây có độ từ cảm L = 0,1H, nếu cho dòng điện qua ống dây biến thiên đều với tốc độ 200 A/s thì trong ống dây xuất hiện suất điện động tự cảm bằng bao nhiêu?

Câu 3: Một ống dây có độ tự cảm L = 0,2 H. Trong một giây dòng điện giảm đều từ 5 A xuống 0. Độ lớn suất điện động tự cảm của ống dây là bao nhiêu?

Câu 4: Một ống dây có chiều dài 1,5m, gồm 2000 vòng dây, ống dây có đường kính là 40cm. Cho dòng điện chạy qua ống dây, dòng điện tăng 0 đến 5A trong thời gian 1s. Độ tự cảm của ống dây và độ lớn suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây là bao nhiêu?

Câu 5: Hệ số tự cảm (độ tự cảm) của ống dây có ý nghĩa vật lí gì?

Câu 1: Nhận xét nào sau đây là đúng?

A. Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

B. Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với thời gian dòng điện chạy trong mạch

C. Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch

D. Suất điện động tự cảm của ống dây không phụ thuộc vào độ tự cảm của ống dây

Câu 2: Trong thí nghiệm về hiện tượng tự cảm và ngắt mạch, người ta đưa lõi sắt vào trong lòng ống dây để

A. tăng điện trở của ống dây

B. tăng cường độ dòng điện qua ống dây

C. làm cho bóng đèn mắc trong mạch không bị cháy

D. tăng độ tự cảm của ống dây

Câu 3: Khi đưa vào trong lòng ống dây một vật liệu có độ từ thẩm μ, lấp đầy ống dây thì độ tự cảm của nó

A. tăng μ lần

B. giảm μ lần

C. không thay đổi

D. có thể tăng hoặc giảm tuỳ vào bản chất của vật liệu từ

Câu 4: Đơn vị của độ tự cảm là

A. vôn (V)

B. henry (H)

C. tesla (T)

D. vêbe (Wb).

Câu 5: Kết luận nào sau đây là đúng?

A. Hiện tượng tự cảm không phải là hiện tượng cảm ứng điện từ.

B. Hiện tượng tự cảm không xảy ra ở các mạch điện xoay chiều.

C. Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

D. Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của từ trường bên ngoài mạch điện.

Qua bài giảng Tự cảm này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu được định nghĩa từ thông riêng và viết được công thức độ tự cảm của ống dây hình trụ.

• Phát biểu được định nghĩa hiện tượng tự cảm và giải thích được hiện tượng tự cảm khi đóng và ngắt mạch điện.

• Viết được công thức tính suất điện động tự cảm.

• Nêu được bản chất và viết được công thức tính năng lượng của ống dây tự cảm.