Hiện tượng cảm ứng điện từ – Wikipedia tiếng Việt

adnhacly

2 năm trước

Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng hình thành một suất điện động (điện áp) trên một vật dẫn khi vật dẫn đó được đặt trong một từ trường biến thiên.[1] Năm 1831, Michael Faraday đã chứng tỏ bằng thực nghiệm rằng từ trường có thể sinh ra dòng điện.[2] Thực vậy, khi cho từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi thì trong mạch xuất hiện một dòng điện. Dòng điện đó được gọi là dòng điện cảm ứng.

Nội dung chính

1 Các định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ.
2 Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.
- 2.1 Share this:

Các định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ.

Thí nghiệm Faraday.

Sơ đồ thí nghiệm FaradayLấy một cuộn dây và mắc tiếp nối đuôi nhau nó với một điện kế G thành một mạch kín ( hình a ). Phía trên ống dây đặt một thanh nam châm từ 2 cực Bắc-Nam. Thí nghiệm cho thấy :

Nếu rút thanh nam châm ra, dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại (hình b)
Di chuyển thanh nam châm càng nhanh, cường độ dòng điện cảm ứng Ic càng lớn.
Giữ thanh nam châm đứng yên so với ống dây, dòng điện cảm ứng sẽ bằng không.
Nếu thay nam châm bằng một ống dây có dòng điện chạy qua, rồi tiến hành các thí nghiệm như trên, ta cũng có những kết quả tương tự.

Từ các thí nghiệm đó, Faraday đã rút ra những kết luận sau đây:

Bạn đang đọc: Hiện tượng cảm ứng điện từ – Wikipedia tiếng Việt

Từ thông gửi qua mạch kín biến đổi theo thời gian là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó.
Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mạch kín biến đổi.
Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi của từ thông.
Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của từ thông gửi qua mạch (vì trên hình 15a và 15b ta thấy từ thông ở hai đầu nam châm bao giờ cũng lớn hơn ở vị trí giữa của nam châm).

Định luật Lenz.

Đồng thời với Michael Faraday, Heinrich Lenz cũng điều tra và nghiên cứu hiện tượng cảm ứng điện từ và đã tìm ra định luật tổng quát giúp ta xác lập chiều của dòng điện cảm ứng, gọi là định luật Lenz. Nội dung định luật như sau

Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó

Nếu

{\displaystyle \phi }

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle \phi }" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/72b1f30316670aee6270a28334bdf4f5072cdde4" width="596.5" height="1080.4">$ là Dòng điện cảm ứng, có thể biểu diễn toán học như sau:

ϕ = − B = − L I { \ displaystyle \ phi = – B = – LI }<img decoding="async" alt="{\displaystyle \phi =-B=-LI}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7d86be8f63a8d7292a995db454831da15135ab5e" width="6767.1" height="1080.4">

Điều này có nghĩa là khi từ thông qua mạch tăng lên, từ trường cảm ứng sinh ra có tính năng chống lại sự tăng của từ thông : từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài. Nếu từ trải qua mạch giảm, từ trường cảm ứng ( do dòng điện cảm ứng sinh ra nó ) có tính năng chống lại sự giảm của từ thông, lúc đó từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài .Dưới đây, ta hãy vận dụng định luật đó để xác lập chiều của dòng điện cảm ứng trong trường hợp ở trên ( hình a ), Cực Bắc của thanh nam châm hút vận động và di chuyển vào trong lòng ống dây làm cho từ thông ( gửi qua ống dây tăng lên. Theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng phải sinh ra từ trường ngược chiều với từ trường của thanh nam châm hút để từ thông Fc sinh ra có công dụng làm giảm sự tăng của là nguyên do sinh ra nó. Muốn vậy dòng điện cảm ứng phải có chiều như trên hình vẽ .Bằng lý luận ta nhận thấy nếu di dời cực Bắc của thanh nam châm hút ra xa ống dây, dòng điện cảm ứng Open trong mạch sẽ có chiều ngược với chiều của dòng điện cảm ứng trong trường hợp trên ( Hình 15.1 b ) .Như vậy, theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng khi nào cũng có công dụng chống lại sự di dời của thanh nam châm từ. Do đó, để di dời thanh nam châm hút, ta phải tốn công. Chính công mà ta tốn được biến thành điện năng của dòng điện cảm ứng .

Định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ.

“Suất điện động cảm ứng luôn luôn bằng về trị số, nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông gửi qua diện tích của mạch điện.”

Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra do hiện tượng cảm ứng điện từ .
Từ thông gửi qua vòng dây đỏ biến hóa khi di dời nó trong từ trường .Để tìm biểu thức của Suất điện động cảm ứng, ta di dời một vòng dây dẫn kín ( C ) trong từ trường để từ thông gửi qua vòng dây đổi khác ( hình ). Khi đó công của lực từ công dụng lên dòng điện cảm ứng có giá trị :
$d A = I c. d ϕ m { \ displaystyle dA = I_ { c }. d { \ phi _ { m } } \, }<img decoding="async" alt="{\displaystyle dA=I_{c}.d{\phi _{m}}\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4103c632ab37ac96eef18ebe7cda0adc02871306" width="5908.1" height="1080.4">$
Theo định luật Lenz, công của từ lực tính năng lên dòng điện cảm ứng là công cản có giá trị :
$d A ′ = − I c. d ϕ m { \ displaystyle dA ‘ = – I_ { c }. d { \ phi _ { m } } \, }<img decoding="async" alt="{\displaystyle dA'=-I_{c}.d{\phi _{m}}\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5f758e32d73ac275300b881af127d5d69d7db253" width="6981.4" height="1223.9">$

Công

A
′

{\displaystyle dA’\,}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle dA'\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/68e33de417386c8be925905114c0caa44f3454be" width="1735.5" height="1080.4">$ này được chuyển thành năng lượng của dòng cảm ứng có giá trị:

Xem thêm: Đầu số 039 là mạng gì? chuyển đổi từ số nào? Ý nghĩa sim 039

$ξ c. I c. d t = − I c. d ϕ m { \ displaystyle \ xi _ { c }. I_ { c }. dt = – I_ { c }. d { \ phi _ { m } } \, }<img decoding="async" alt="{\displaystyle \xi _{c}.I_{c}.dt=-I_{c}.d{\phi _{m}}\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3c60f21d44ff37f95f4cb1a595d67e41592919b0" width="8880" height="1080.4">$
Từ đó ta suy ra :
$ξ c = − d ϕ m d t { \ displaystyle \ xi _ { c } = – { d { \ phi _ { m } } \ over dt } \, }<img decoding="async" alt="{\displaystyle \xi _{c}=-{d{\phi _{m}} \over dt}\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e1ec9c6e89165fb8dfd50ed37238e591cf486b90" width="5325.4" height="2372">$
Đó là biểu thức của suất điện động mà ta phải tìm .

Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.

Một ứng dụng quan trọng của hiện tượng cảm ứng điện từ là tạo ra dòng điện xoay chiều. Thực chất của quy trình này là biến hóa cơ năng thành điện năng .
Sơ đồ thiết bị tạo dòng xoay chiều

Xét một khung dây dẫn gồm nhiều vòng quay trong một từ trường đều (

B
→

c
o
n
s
t

→

{\displaystyle {\vec {B}}={\vec {const}}\,}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle {\vec {B}}={\vec {const}}\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3655df9afa6193b1269d4eb2488f98bbd1fd31bd" width="4610.7" height="1510.9">$ ) với vận tốc góc không đổi (

ω
=
c
o
n
s
t

{\displaystyle \omega =const\,}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle \omega =const\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6d9a46cf03e5c21db724b343336c7b3665219314" width="4473.7" height="865.1">$ ). Ta sẽ phải tốn một công để làm quay khung và nhận được điện năng của dòng điện cảm ứng chạy trong khung đó. Để dẫn được dòng điện ra ngoài, ta nối 2 đầu dây của khung với 2 hình trụ dẫn cách điện với nhau và cùng gắn với trục quay khung, sau đó dùng 2 chổi than tì vào 2 hình trụ đó để nối khung dây với mạch tiêu thụ ngoài.

Giả sử ban đầu (

t
=
0

{\displaystyle t=0\,}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle t=0\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/60270e96a3e533f6dbc68bd51f481c0d504caf41" width="2362.7" height="936.9">$ ) pháp tuyến

n
→

{\displaystyle {\vec {n}}}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle {\vec {n}}}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/49569db585c1b6306d5ffd91161775f67235fae0" width="600.5" height="1008.6">$ của mặt khung tạo với

B
→

{\displaystyle {\vec {B}}}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle {\vec {B}}}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/83ae7d80cab55b606de217162280b2279142bbb4" width="759.5" height="1223.9">$ một góc

{\displaystyle a\,}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle a\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1d73aa5354c24942dab5316be466465a9d171510" width="696.2" height="721.6">$ . Như vậy sau thời gian

{\displaystyle t\,}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle t\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/946383a7c6d1876177c662a95b369ced2ad99cd9" width="528.2" height="865.1">$ , góc đó thay đổi thành

φ
=
ω
t
+
a

{\displaystyle \varphi =\omega t+a\,}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle \varphi =\omega t+a\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c909a9992c1e715d10cad3657add1a7ed12aca4b" width="4891.7" height="1080.4">$ . Khi đó từ thông gửi qua khung là:

$ϕ m = n B S cos ⁡ ( ω t + a ) { \ displaystyle \ phi _ { m } = nBS \ cos ( { \ omega t + a } ) \, }<img decoding="async" alt="{\displaystyle \phi _{m}=nBS\cos({\omega t+a})\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d92f03fd450d973b624cf199d87d0c736d55f107" width="9845.5" height="1223.9">$

Trong đó

{\displaystyle n\,}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle n\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/205e33e6845813cc72ca346b896a7945f90ca373" width="767.2" height="721.6">$ là tổng số vòng dây của khung,

{\displaystyle S\,}

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle S\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/933054f2b86e79da95030b113a7c7dfdff643268" width="812.2" height="936.9">$ là diện tích khung

Suất điện động cảm ứng Open trong khung theo định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ là :
$ξ c = ξ c m a x sin ⁡ ( ω t + a ) { \ displaystyle \ xi _ { c } = \ xi _ { cmax } \ sin ( { \ omega t + a } ) \, }<img decoding="async" alt="{\displaystyle \xi _{c}=\xi _{cmax}\sin({\omega t+a})\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4f22f8cf91e1bc086e9a799e92a2cd855bc4550d" width="9502.8" height="1223.9">$
Vậy khi cho khung quay đều trong từ trường đều, ta được một suất điện động xoay chiều hình sin, có chu kì là chu kì quay của khung :

T
=

2
π

{\displaystyle T={2\pi \ \over \omega }\,}

Xem thêm: 0283 là mạng gì, ở đâu? Cách nhận biết nhà mạng điện thoại bàn cố định – http://139.180.218.5

$<img decoding="async" alt="{\displaystyle T={2\pi \ \over \omega }\,}" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6f87bc2679c4dcf215ff8668104dba25981ad1da" width="3889.2" height="2228.5">$

^ Giáo trình Vật Lý Đại Cương, nhà xuất bản Đại Học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
^ “A Brief History of Electromagnetism” ( PDF ).

Source: http://139.180.218.5
Category: Thuật ngữ đời thường

Các định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ.

Thí nghiệm Faraday.

Định luật Lenz.

Định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ.

Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.

Share this: