Bài giảng Vật lí đại cương - Chương 5: Hiện tượng cảm ứng điện từ - Đỗ Ngọc Uấn

Bμi giảng Vật lý đại c−ơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Tr−ờng ĐH Bách khoa Hμ nội 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=