Bài 24: Suất điện động cảm ứng

Lý thuyết

Câu C1 trang 149 SGK Vật lý 11

a) Nhắc lại định nghĩa suất điện động của một nguồn điện.

b) Trong các sơ đồ mạch điện, nguồn điện lí tưởng một chiều được ký hiệu như hình 24.1a SGK. Ngoài ra nguồn điện còn được ký hiệu như hình 24.1b SGK, trong đó, điểm ngọn của mũi tên chỉ vào cực dương của nguồn; chiều của mũi tên được gọi là chiều của suất điện động. Tính UAB theo sơ đồ hình 24.1c SGK.

c) Tính UCD theo sơ đồ hình 24.1d SGK.

d) Tính UAB theo sơ đồ hình 24.1e SGK với một nguồn có r ≠ 0.

e) Nhắc lại biểu thức của điện năng do một nguồn điện sản ra trong một khoảng thời gian Δt.

Hướng dẫn giải

a) Suất điện động của nguồn điện:

Là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích q đó.

b) Ta có E là suất điện động của nguồn điện, nên:

UAB = ℰ - I.r

Vì r = 0 và mạch hở I = 0 =>UAB = ℰ

c) UCD = -UDC = -ℰ

d) UAB = ℰ  - Ir

e) W = ℰ.I.Δt

Câu C2 trang 150 SGK Vật lí 11

Nghiệm lại rằng, trong công thức (24.4), hai vế đều có cùng đơn vị

Hướng dẫn giải

Công thức 24.4:  \(\left| {{e_c}} \right| = \left| {\dfrac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}} \right|\)

Xét đơn vị của hai vế:

- Vế trái, đơn vị của suất điện động cảm ứng là: Vôn (V)

Lại có: \(1V = \dfrac{J}{C}\)  (2)

- Vế phải, ta có:

+ Đơn vị của từ thông là: Vebe (Wb)

+ Đơn vị của thời gian là: Giây (s)

Lại có: \(1Wb = T.{m^2}\) và \(T = \dfrac{N}{{A.m}}\)

Ta suy ra: \(1Wb = \dfrac{N}{A}m\)

=> Đơn vị của vế phải: \(\dfrac{{1Wb}}{s} = \dfrac{{Nm}}{{As}} = \dfrac{J}{C}\)  (1)

Từ (1) và (2) ta suy ra hai vế đều có cùng đơn vị

Câu C3 trang 151 SGK Vật lý 11

Xác định chiều của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín (C) trên hình 24.3 khi nam châm:

a) Đi xuống.

b) Đi lên.

Hướng dẫn giải

a) Khi nam châm đi xuống, từ thông qua (C) tăng, \(e_c<0\) => Chiều của suất điện động cảm ứng ngược với chiều của mạch.

b) Khi nam châm đi lên, từ thông qua (C) giảm, \(e_c>0\) => Chiều của suất điện động cảm ứng là chiều của mạch.

Bài 1 trang 152 SGK Vật lí 11

Phát biểu các định nghĩa:

- Suất điện động cảm ứng;

- Tốc độ biến thiên từ thông.

Hướng dẫn giải

Suất điện động cảm ứng là Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín.

Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín đó.

\(\left| {{e_c}} \right| = \left| {\dfrac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}} \right|\)

Tốc độ biến thiên từ thông: \(\dfrac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}\) độ biến thiên từ thông qua mạch trong một đơn vị thời gian.

Bài 2 trang 152 SGK Vật lí 11

Nêu ít nhất ba ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ?

Hướng dẫn giải

- Tạo ra dòng điện xoay chiều,

- Máy phát điện,

- Máy biến thế.

Bài 3 trang 152 SGK Vật lí 11

Phát biểu nào dưới đây là đúng?

Khi một mạch kín phẳng, quay xung quanh một trục nằm trong mặt phẳng chứa mạch trong một từ trường, thì suất điện động cảm ứng đổi chiều một lần trong

A. 1 vòng quay

B. 2 vòng quay

C.\(\frac{1}{2}\) vòng quay

D.\(\frac{1}{4}\) vòng quay

Hướng dẫn giải

Đáp án C

- Giả sử, ban đầu từ thông qua mạch bằng không.

- Trong nửa vòng tay đầu, từ thông qua mạch tăng dần đến giá trị cực đại (khi \(\overrightarrow B \) vuông góc với mặt phẳng của mạch) thì ec < 0: chiều của suất điện động cảm ứng ngược với chiều của mạch.

- Trong nửa vòng quay cuối, từ thông qua mạch giảm dần từ giá trị cực đại xuống 0 thì ec > 0: chiều của suất điện động cảm ứng là chiều của mạch.

Vậy suất điện động cảm ứng trong mạch sẽ đổi chiều một lần trong 1/2 vòng quay.

Bài 4 trang 152 SGK Vật lí 11

Một mạch kín hình vuông, cạnh 10cm, đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của từ trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng i = 2A và điện trở của mạch r = 5Ω.

Hướng dẫn giải

Theo định luật Ôm, ta có: \(i=\dfrac{e_c}{r}\)

=> Độ lớn suất điện động cảm ứng :  \(|e_C|=i.r=2.5=10V\)

Mặt khác: \(\left| {{e_c}} \right| = \displaystyle\left| {{{\Delta \Phi } \over {\Delta t}}} \right| = \left| {{{\Delta B.S} \over {\Delta t}}} \right| = \left| {{{\Delta B} \over {\Delta t}}} \right|S\)

Với \(S=a^2=(10.10^{-2})^2\) là diện tích mạch kín

=> Tốc độ biến thiên của cảm ứng từ: \(\left| \displaystyle{{{\Delta B} \over {\Delta t}}} \right| = \displaystyle{{\left| {{e_c}} \right|} \over S} = {{10} \over {{{\left( {{{10.10}^{ - 2}}} \right)}^2}}} = {10^3}\left( {T/s} \right)\).

Bài 5 trang 152 SGK Vật lí 11

Một khung dây dẫn hình vuông, cạnh a = 10cm, đặt cố định trong một từ trường đều có vec tơ cảm ứng từ \(\vec{B}\) vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thời gian ∆t = 0,05s, cho độ lớn của \(\vec{B}\) tăng đều từ 0 đến 0,5 T. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.

Hướng dẫn giải

Ta có,

+ Diện tích khung dây: \(S = {a^2} = {\left( {{{10.10}^{ - 2}}} \right)^2} = 0,01{m^2}\)

+ Góc hợp bởi \(\alpha  = \left( {\overrightarrow n ,\overrightarrow B } \right) = {0^0} \Rightarrow cos\alpha  = 1\)

+ Từ thông qua mạch ban đầu: \({\Phi _1} = {B_1}Scos\alpha  = 0.0,01.1 = 0Wb\)

+ Từ thông qua mạch lúc sau: \({\Phi _2} = {B_2}Scos\alpha  = 0,5.0,01.1 = {5.10^{ - 3}}{\rm{W}}b\)  

=> Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung: \(\left| {{e_c}} \right| = \left| {\dfrac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}} \right| = \left| {\dfrac{{{\Phi _2} - {\Phi _1}}}{{\Delta t}}} \right| = \left| {\dfrac{{{{5.10}^{ - 3}} - 0}}{{0,05}}} \right| = 0,1V\)

Bài 6 trang 152 SGK Vật lí 11

Một mạch kín tròn (C) bán kính R, đặt trong từ trường đều, trong đó vectơ cảm ứng từ \(\vec{B}\) lúc đầu có hướng song song với mặt phẳng chứa (C) (Hình 24.4). Cho (C) quay đều xung quanh trục  ∆ cố định đi qua tâm của (C) và nằm trong mặt phẳng chứa (C) ; tốc độ quay là ω không đổi.

Xác định suất điện động cảm ứng cực đại xuất hiện trong (C).

Hướng dẫn giải

Công thức từ thông: \(\Phi  = BS.c{\rm{os}}\alpha \); \(\alpha  = \left( {\overrightarrow n ,\overrightarrow B } \right)\)

Cho (C) quay đều xung quanh trục ∆ cố định đi qua tâm của (C) và nằm trong mặt phẳng chứa (C) ; tốc độ quay là ω không đổi => α(t) = ωt

=>Từ thông tại thời điểm t: Φ(t) = BScosωt

Suất điện động cảm ứng: \({e_c}\; = \; - {{\Delta \Phi \left( t \right)} \over {\Delta t}} =  - \Phi '\left( t \right) = \omega BS.\sin \omega t\)

=> Suất điện động cảm ứng cực đại : \({e_{C\max }} = \omega BS = \omega B\left( {\pi {R^2}} \right)\).

Loading...