ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM Chương 4: 9.1 Các định luật 9.2 Hiện tượng tự cảm 9.3 Hiện tượng hỗ cảm 9.4 Ứng dụng tượng cảm ứng điện từ 9.5 Năng lượng từ trường 9.6 Định luật Kirchhoff mạch có cuộn cảm 9.7 Mạch RLC nối tiếp 1. Thí nghiệm Faraday N N B B G G I I ur B Từ thông Φm qua ống dây tăng uur B' ur B ur B Từ thông Φm qua ống dây giảm (b) (a) Ic Ic ur B uur B' Thí nghiệm Faraday (tt) Từ kết thí nghiệm trên, Faraday rút kết luận sau: a) Sự biến đổi từ thông qua mạch kín nguyên nhân tạo dòng điện cảm ứng mạch đó. b) Dòng điện cảm ứng tồn khoảng thời gian có biến đổi từ thông qua mạch. c) Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi từ thông. d) Chiều dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào tăng hay giảm từ thông gửi qua mạch. . Dây dẫn xuất dòng điện ⇒ Có lực tác dụng lên e ⇒ Xuất điện trường cảm ứng dây dẫn . Điện trường cảm ứng sinh thay đổi từ trường cho dù có dây dẫn hay không. 2. Định luật Lenz: Dòng điện cảm ứng phải có chiều cho từ trường sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh nó. 3. Định luật tượng cảm ứng điện từ Công lực từ tác dụng lên dòng điện cảm ứng: dA = I c dφm Công để dịch chuyển (C): dA' = − dA = − I c dφm Điện dòng điện cảm ứng: ε c I c dt = − I c dφm Sức điện động cảm ứng là: dφ m εc = − dt Vậy, sức điện động cảm ứng trị số trái dấu với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch. y Lực Lorentz tác dụng lên ur r ur electron: ur B F L = − e (v × B ) Lực điện trường hình thành kim loại hướng từ A đến B: r v ur ur F E = −eE ur uur r Khi cân bằng: F E + FL = r ur ur r ⇔ −e(v × B ) − eE = ur r ur ⇔ E = − (v × B ) Sức điện động cảm ứng: ε c ε c = ∫ E * dl uur uur r ur FL * Với điện trường lạ: E = − = (v × B ) e c ε c = ∫ (v × B)dl c x b z x = vt a L ur E b − uur FL ur* E Ic uur + FE a Sức điện động cảm ứng kim loại dịch chuyển với vận tốc v không đổi từ trường B uur r * Chọn dl chiều với E thì: ε c = ∫ vBdl ε c = BLv c Do mạch hở nên: ε c = U AB = BLv Hiện tượng tự cảm Btc Dòng điện sinh mạch, cảm ứng dòng điện mạch gọi dòng điện tự cảm tượng nói gọi tượng tự cảm 00 gg g A A A B B B (G) (G) (G) + + __ _ K K oo oo Sức điện động tự cảm • Sức điện động tự cảm: dφm ε tc = − dt • Sức điện động biến thiên dòng điện mạch gây ra: dφm dφm dI = dt dI dt d φ m hệ số tự cảm mạch điện • Đặt L = dI  dI εtc = −L dt L tính Henry(H) Dòng Foucault Khi đặt khối vật dẫn từ trường biến thiên xuất dòng điện cảm ứng khép kín gọi dòng điện Foucault. Dòng điện Foucault có vai trò quan trọng kỹ thuật. 1) Tác hại Lõi sắt máy biến thế, động điện …, chịu tác dụng từ trường biến đổi, dòng Foucault xuất hiện. Năng lượng dòng Foucault dạng nhiệt làm giảm hiệu suất máy 2) Lợi ích Dùng nhiệt dòng Foucault tạo nấu chảy kim loại cách quấn dây điện cho dòng điện cao tần chạy qua cuộn dây Lực hãm từ ứng r dụng Khi ur kim loại chuyển động với vận tốc v vuông góc với từ trường B xuất sức điện động cảm ứng εc tỉ lệ với vận tốc v. Nếu hai đầu nối với dây dẫn có dòng điện cảm ứng qua dây dẫn. Cường độ cảm ứng tỉ lệ với v. Gọi R điện trở toàn mạch , ta có: ε vBL Ic = c = R R Thanh kim loại chịu tác dụng từ ngược chiều chuyển động Fc = I c BL độ lớn tỉ lệ với v: vB L2 Fc = R Lực có tính chất tác dụng lực cản môi trường chuyển động kim loại từ trường chuyển động môi trường nhớt. Hiệu ứng da Hiệu ứng da tượng mật độ dòng điện xoay chiều khác dọc theo bán kính dây: cực đại mặt cực tiểu trục dây. Hiện tượng rõ đường kính dây tần số dòng điện lớn. Khi tần số cao dòng điện chạy lớp mỏng mặt dây i S uur B' uur B' + • + ur• B ur B (a) i ur B' S uur B' + • + ur• B ur B (b) Máy dò vật dẫn nằm đất Máy cấu tạo hình vẽ, gồm cuộn dây vuông góc nhau, cuộn cuộn phát, gặp vật dẫn đất, từ thông qua biến thiên, tạo nên dòng hỗ cảm qua cuộn 1, xuất dòng điện hỗ cảm cuộn 1, báo cho biết có vật dẫn đất NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG Toàn điện biến thành nhiệt  Điều không lúc ngắt mạch đóng mạch Khi đóng mạch, mạch xuất dòng điện tự cảm i’, ngược chiều với dòng điện i. Nên dòng điện toàn phần nhỏ i . Chỉ có phần điện biến thành nhiệt  Khi ngắt mạch, mạch xuất dòng điện tự cảm i’, chiều với dòng điện i. Nên dòng điện toàn phần lớn i . Nhiệt tỏa mạch lúc lớn lượng nguồn điện sinh  Khi đóng mạch, phần điện nguồn điện sinh tiềm tàng dạng lượng cuộn dây, để ngắt mạch phần lượng tỏa dạng nhiệt mạch ε+εtc Theo định luật Ohm: Mà εtc dI =− L dt  =Ri di ε =Ri +L dt εidt =Ri dt +Lidi Hay εidt: Điện nguồn điện sinh Ri dt : Điện biến thành nhiệt : Năng lượng tiềm tàng dạng Lidi lượng từ trường I  Năng lượng từ trường Wm = L ∫idi = LI (1) 2) Năng lượng từ trường bất kì: Gọi l chiều dài ống dây, thể tích ống dây v=Sl (2) Từ (1) (2)  Mật độ lượng từ trường ống dây wm Wm µ0 N I = = v l2  NI B =µ0 l Mà B2 wm = µ0 Vậy lượng từ trường Wm = ∫ wm dv = v µ0 B ∫ dv v ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF TRONG MẠCH CÓ CUỘN CẢM di Ta có phương trình: ε = Ri + L dt di hay Ri + L − ε = dt Trong vòng mạng có cuộn cảm L, ta áp dụng định luật Kirchhoff cách gán di dấu + trước L dt chiều vòng mạng chiều dòng điện. ε R i Hình 9.13 L R ε i1 L Hình 9.14 Gán dấu – trước L di chiều vòng mạng ngược chiều dt dòng điện  di1 − Ri1 − L −ε = dt ( i = −i1 ) Mạch RLC Cho đoạn mạch hình vẽ, tụ điện C tích điện hiệu điện UAB = VA – VB . Khi đóng khóa K, tụ phóng điện mạch gây dòng điện i. Năng lượng điện trường tụ dần dạng nhiệt R, gọi trạng thái chuyển tiếp. Chọn t=0 lúc khóa K đóng, chiều dòng điện hình vẽ, q điện tích tụ C thời điểm t. Trong khoảng thời gian dt, điện tích dq= -idt rời A tụ. Áp dụng định luật Kirchhoff : L B R A K Hình 9.15 C L di Ri + L + (VB − VA ) = dt VA − VB = U AB Mà  B R q = C A di q Ri + L − = (#) dt C K Hình 9.15 dq d q dq q i = − Thay ta L + R + = (*) dt dt dt C Phương trình ta có phương trình đặc trưng Lr + Rr + = C Với nghiệm dq r= dt C 1) Trạng thái phi tuần hoàn : 4L −b ± b − 4ac > nghiệm r1;2 = R − C 2a L −R − R2 − C R − L nênR > R − L ) r2 = 2L C C Nghiệm số là: q = A1e + A2e r1t r2t Với A1 , A2 = const t → +∞ i→0 gọi trạng trái phi tuần hoàn 2) Trạng thái giả tuần hoàn: 4L R2 − < Pt có nghiệm phức C r1 = α + jω r2 = α − jω Với R α =− [...]... cách quấn dây điện và cho dòng điện cao tần chạy qua cuộn dây đó Lực hãm từ và các ứng dụng r Khi u thanh kim loại chuyển động với vận tốc v vuông góc với từ trường r đều B thì trong thanh xuất hiện một sức điện động cảm ứng εc tỉ lệ với vận tốc v Nếu hai đầu thanh được nối với một dây dẫn thì có dòng điện cảm ứng đi qua thanh và dây dẫn Cường độ cảm ứng này cũng tỉ lệ với v Gọi R là điện trở toàn... đất NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG Toàn bộ điện năng biến thành nhiệt năng  Điều này không còn đúng lúc ngắt mạch và đóng mạch Khi đóng mạch, trong mạch xuất hiện dòng điện tự cảm i’, ngược chiều với dòng điện chính i Nên dòng điện toàn phần sẽ nhỏ hơn i Chỉ có một phần điện năng biến thành nhiệt  Khi ngắt mạch, trong mạch xuất hiện dòng điện tự cảm i’, cùng chiều với dòng điện chính i Nên dòng điện toàn phần... tự cảm của ống dây thẳng rất dài • Từ trường trong ống dây B = µ nI 0 • Từ thông gửi qua ống dây φm = NBS • Mà N n= l 2  B = µ0 nI Ta có dφm L= dI N φm = µ0 IS l 2  N L = µ0 S l HIỆN TƯỢNG HỖ CẢM C C 1 I1 I2 2 HIỆN TƯỢNG HỖ CẢM dφm ε hc = − dt Sức điện động hỗ cảm φm12 là từ thông do I diện tích của mạch qua 1 φm 21 là từ thông do Iqua diện tích của mạch 2 Ta nhận thấy: φm12 = M 12 I1 Người ta chứng... = M 21 I 2 = M 21 = M C 1 I1 I 2 2 Ứng dụng r n I) Máy phát điện r ^u r Tại thời điểm t = 0, (n, B) = ϕ Vào thời điểm t, từ thông gửi qua khung dây là: Ic ou r α B N B ∼ u u r r φm = N ∫ Bd S = NBS cos(ωt + ϕ ) S Vì φm thay đổi theo t, trong khung xuất hiện dòng điện cảm ứng dφ ε c = − m = NSω B sin(ωt + ϕ ) dt Dòng điện cảm ứng được tạo ra trong khung dây là dòng điện xoay chiều chu kỳ 2π T= ω Dòng... khung dây là dòng điện xoay chiều chu kỳ 2π T= ω Dòng Foucault Khi đặt một khối vật dẫn trong từ trường biến thiên thì xuất hiện dòng điện cảm ứng khép kín gọi là dòng điện Foucault Dòng điện Foucault có vai trò quan trọng trong kỹ thuật 1) Tác hại Lõi sắt trong máy biến thế, động cơ điện …, chịu tác dụng của từ trường biến đổi, dòng Foucault xuất hiện Năng lượng của dòng Foucault mất dưới dạng nhiệt... có cuộn cảm L, ta có thể áp dụng định luật Kirchhoff bằng cách gán di dấu + trước nếu L dt chiều vòng mạng cùng chiều dòng điện ε R i Hình 9.13 L R ε i1 L Hình 9. 14 Gán dấu – trước L di nếu chiều vòng mạng ngược chiều dt dòng điện  di1 − Ri1 − L −ε = 0 dt vì ( i = −i1 ) Mạch RLC Cho đoạn mạch như hình vẽ, tụ điện C được tích điện dưới hiệu điện thế UAB = VA – VB Khi đóng khóa K, tụ phóng điện trong... lượng từ trường I  Năng lượng từ trường Wm 1 = L ∫idi = LI 2 (1) 2 0 2) Năng lượng của 1 từ trường bất kì: Gọi l là chiều dài ống dây, thì thể tích của ống dây v=Sl (2) Từ (1) và (2)  Mật độ năng lượng từ trường của ống dây wm Wm 1 µ0 N 2 I 2 = = v 2 l2  NI B =µ 0 l Mà 1 B2 wm = 2 µ0 Vậy năng lượng của một từ trường bất kì Wm = ∫ wm dv = v 1 2 µ0 B 2 dv ∫ v ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF TRONG MẠCH CÓ CUỘN CẢM... = 0 C 2 Với nghiệm dq r= dt C 1) Trạng thái phi tuần hoàn : 4L −b ± b 2 − 4ac > 0 thì nghiệm r1;2 = nếu R − C 2a L −R − R2 − 4 C R 2 − 4 L nênR > R 2 − 4 L ) r2 = 2L C C 2 Nghiệm số là: q = A1e + A2e r1t r2t Với A1 , A2 = const t → +∞ thì i→0 gọi là trạng trái phi tuần hoàn 2) Trạng thái giả tuần hoàn: 4L R2 − < 0 Pt có 2 nghiệm phức C r1 = α + jω r2 = α − jω Với... 2 vế từ t1 đến t2 ∫ t2 t1 t2 t2 t1 t1 Ri dt + ∫ Lidi + ∫ 2 qdq =0 C t   1 2 1 q 2  t2 2 2  2 Li + 2 C  = − ∫ Ri dt   t1 t1 Trong vế trái là năng lượng từ trường và năng lượng điện trường, vế phải là nhiệt năng tỏa ra của R Ý nghĩa là trong thời gian t1 đến t2 thì năng lượng từ và năng lượng điện bị mất dưới dạng nhiệt năng của R Ở trạng thái phi tuần hoàn và tới hạn thì năng lượng từ và điện. .. số dòng điện lớn Khi tần số cao thì dòng điện chỉ chạy trên một lớp rất mỏng ở mặt ngoài dây i S uu r B' uu r B' + • + u• r B u r B (a) i u r B' S uu r B' + • + u• r B u r B (b) Máy dò vật dẫn nằm dưới đất Máy được cấu tạo như hình vẽ, gồm 2 cuộn dây vuông góc nhau, cuộn 2 là cuộn phát, khi gặp vật dẫn dưới đất, từ thông qua nó biến thiên, tạo nên dòng hỗ cảm qua cuộn 1, xuất hiện dòng điện hỗ cảm ở . bản của hiện tượng cảm ứng điện từ 3. Định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ Công của lực từ tác dụng lên dòng điện cảm ứng: Công của lực từ tác dụng lên dòng điện cảm ứng: Công để dịch. TPHCM Chương 4: 9.1 Các định luật 9.1 Các định luật 9.2 Hiện tượng tự cảm 9.2 Hiện tượng tự cảm 9.3 Hiện tượng hỗ cảm 9.3 Hiện tượng hỗ cảm 9 .4 Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ 9 .4 Ứng dụng. dịch chuyển (C): Công để dịch chuyển (C): Điện năng của dòng điện cảm ứng: Điện năng của dòng điện cảm ứng: Sức điện động cảm ứng là: Sức điện động cảm ứng là: c m dA I d φ = ' c m dA dA I