Bài giảng Vật lý đại cương - Chương V: Hiện tượng cảm ứng điện từ

Ch−ơng 5
Hiện t−ợng cảm ứng điện từ
1831 Faraday: Từ thông qua mạch thay đổi
-> xuất hiện dòng cảm ứng trong mạch
1. Các định luật về hiện t−ợng cảm ứng điện
từ 1.1.Thí nghiệm Faraday:
B
N
IC IC
• Đ−a nam châm lại 
gần hơn hoặc xa hơn
đều xuất hiện dòng
cảm ứng.
• Chiều của dòng 2 
lần ng−ợc nhau.
• Nam châm dừng lại 
dòng cảm ứng =0.B↑ B↓
B
N
1.2 Định luật Lenx
Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ
tr−ờng do nó sinh ra có tác dụng chống lại 
nguyên nhân đã sinh ra nó
Quán tính của mạch điện
1.3 Định luật cơ bản của hiện t−ợng cảm
ứng điện từ: dt -> dΦm ->IC
nrCông của từ lực tác
dụng lên dòng cảm ứng:
dA=ICdΦm lμ Công cản
Φm
Công để dịch chuyển vòng dây:
dA’=-dA=-ICdΦm
Năng l−ợng của dòng cảm ứng: dW=εCIC.dt
-> εCIC.dt = -ICdΦm
dt
d m
C
Φ−=ε
SĐĐ cảm ứng luôn bằng về gía trị nh−ng
ng−ợc dấu với tốc độ biến thiên của từ
thông gửi qua mạch
Dấu - lμ mặt toán học của ĐL Lenx
Φm->0 trong Δt -> Φm= εC Δt
Φm= 1V.1s=1Wb (vêbe)
Vêbe lμ từ thông gây ra trong vòng dây dẫn
bao quanh nó một SĐĐCƯ 1V khi từ
thông đó giảm đều ->0 trong 1 giây
1.3. Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều
B N
nrB
r
t α+ω=ϕ góc giữa B&n rr
) α+ω=Φ tcos(NBSm
) α+ωω=Φ−=ε tsin(NBS
dt
d m
C
ω=ε NBSmax ) tsin(maxC α+ωε=ε
N lμ số vòng của khung dây
1.4. Dòng Fucô
• Dòng xoáy do từ thông của điện tr−ờng
xoay chiều
• Tác hại: nóng máy, tiêu tốn năng l−ợng
IF=εC/R ->Tăng R (lá mỏng)->giảm I
~ ~
•Lợi: Nấu KL, Hãm điện kế, lò vi sóng..
2. Hiện t−ợng tự cảm
2.1. Thí nghiệm
12V
N
R
K
12V
N
L
K
N chỉ phát sáng ở
U≥70V
Mạch I: Đèn Đ sáng, tối bình
th−ờng khi bật, tắt K
Mạch II: Đóng K đèn Đ sáng
từ từ, ngắt K -> N vụt sáng
Mạch I
Mạch II
Giải thích: Bật K, I↑. 
=> Φm qua L ↑,
=> dòng tự cảm trong mạch 
chống lại việc I↑
=> cuộn L tích năng l−ợng từ .
Đ
Đ
Ngắt K, I↓, => Φm qua L ↓
=> Suất điện động tự cảm εtc > 70 V xuất hiện
trong cuộn dây lμm đèn N vụt sáng.
=> dòng tự cảm trong mạch chống lại việc I↓
=> cuộn L giải phóng năng l−ợng từ .
2.2. Suất điện động tự cảm
Từ thông Φm do chính cuộn L gây ra gửi
qua cuộn dây của L
dt
d m
tC
Φ−=ε Φm=LIΦm ~ I L hệ số tự cảm
dt
dILtC −=ε
Trong mạch điện đứng yên & không thay
đổi hình dạng SĐĐ tự cảm tỷ lệ nh−ng trái
dấu với tốc độ biến thiên dòng điện trong
mạch
Hệ số tự cảm
I
L mΦ= I=1->L=Φm
Hệ số tự cảm của một mạch lμ đại l−ợng VL có
giá trị bằng từ thông do chính nó gửi qua diện
tích của nó khi c−ờng độ dòng trong mạch bằng
1đv εtc~L -> L lμ số đo mức độ quán tính của
mạch điện
A1
Wb1H1 =
Henry lμ hệ số tự cảm của một mạch điện kín
khi có dòng 1A chạy qua thì sinh ra trong
chân không một từ thông 1Wb gửi qua diện
tích của mạch đó
Hệ số tự cảm của một ống dây: n, ,S
InInB 000 lμμ=μμ=
SInBnS
2
0m lμμ==Φ
Sn
I
L
2
0
m
lμμ=
Φ=
1H=103mH=106μH
3. Hiệu ứng bề mặt
™ Dòng cao tần chỉ chạy trên bề mặt
của dây dẫn.
Sn
l
l
It
Trong 1/4 chu kì đầu dòng I tăng, từ thông qua 
dây dẫn tăng -> sinh dòng itc có chiều sao cho từ
tr−ờng của nó chống lại -> Bề mặt dòng tăng
, trong Lõi dòng giảm
B
r
B
rI
↑Br
itc itc
Trong 1/4 chu kì tiếp I giảm, từ thông qua dây
giảm -> sinh dòng itc có chiều sao cho từ tr−ờng
của nó chống lại sự giảm của từ thông dòng mặt
giảm mạnh , I lõi giảm yếu hơn
-> Bề mặt dòng giảm mạnh hơn , Lõi
giảm chậm hơn
Dòng bề mặt đ−ợc tăng c−ờng, dòng lõi
suy giảm: tần số 105Hz chỉ còn dòng mặt
(lớp sâu 2mm).
ứng dụng: Tôi bề mặt, ống
dẫn sóng, dây nhiều sợi
U~
12V
4. Năng l−ợng từ tr−ờng
L
K
I
t t
I
Đóng K
nạp Wm
Ngắt K giải
phóng Wm
Ritc =ε+ε
Ri
dt
diL =−ε
ε
dtRiidt
dt
diLidt 2+=ε
dW=dWm+dWnhịêt
LididWm =
i
εtc
2
I
0
m LI2
1LidiW == ∫
Mật độ năng l−ợng từ tr−ờng: Xét năng
l−ợng của ống dây
V
LI
2
1
V
W
2
m
m ==ϖ
InB 0 lμμ=
2
0
0
2
m H2
1BH
2
1B
2
1 μμ==μμ=ϖ
∫∫ =ϖ=
VV
mm BHdV2
1dVW
S
I)Sn(
2
1 22
0
l
lμμ= 22
2
0 I
n
2
1
lμμ=