Cảm ứng điện từ

Tóm tắt lý thuyết >> Bài tập cơ bản >> Bài tập ôn luyện >> Bài tập trắc nghiệm >>

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Hiện tượng cảm ứng điện từ

Ta đã biết dòng điện sinh ra từ trường. Vậy từ trường có sinh ra dòng điện không? Để trả lời câu hỏi đó, người ta đặt một khung dây dẫn kín vào từ trường: không có dòng điện! Tuy nhiên, khi làm cho từ trường trong khu vực đặt dây dẫn biến thiên thì dòng điện xuất hiện. Vậy từ trường biến thiên thì sinh ra dòng điện.

Ta cũng thấy rằng cần có sự mô tả kĩ hơn về khái niệm “từ trường biến thiên” qua một khung dây dẫn kín. Người ta đi đến khái niệm từ thông: Φ = Bscosα, với α là góc giữa pháp tuyến của mặt có diện tích S với véc tơ cảm ứng từ .

Người ta chứng minh được suất điện động trong khung dây dẫn kín có giá trị:

ξ =

Chiều của suất điện động được xác đinh bởi quy tắc Len-xơ: dòng điện cảm ứng (do suất điện động cảm ứng gây ra) có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại nguyên nhân sinh ra nó.

Kết hợp hai điều trên, ta có thể viết:

ξ = –

Không những trong khung dây dẫn kín có suất điện động mà ngay cả khi nó hở cũng vậy. Bản chất là lực từ đã dồn các điện tích trong dây dẫn đến một trạng thái mà khi giải phóng khỏi trạng thái đó, trong dây dẫn sẽ sinh ra dòng điện. Xét một dây dẫn thẳng thì suất điện động trong dây khi dây chuyển động vuông góc với từ trường là:

ξ = Bvl

với v là vận tốc của thanh, l là chiều dài thanh.

2. Dòng điện Fu-cô

Khi một tấm kim loại chuyển động trong từ trường thì trong lòng nó phát sinh ra các dòng điện gọi là dòng Fu-cô. Ta hiểu dòng Fu-cô là vô số các dòng điện xoáy trong lòng tấm kim loại, chúng gây ra sự tỏa nhiệt và ảnh hưởng ngược lại từ trường bên ngoài. Dòng điện Fu-cô chống lại chuyển động sinh ra nó.

Dòng điện Fu-cô được ứng dụng trong trường hợp chúng ta muốn làm hãm các chuyển động hoặc tỏa nhiệt. Trong trường hợp ngược lại, ta tránh dòng Fu-cô bằng cách xẻ tấm kim loại thành nhiều mảnh, sơn cách điện rồi ghép các mảnh lại với nhau.

3. Hiện tượng tự cảm

Khi cho dòng điện biến đổi chạy qua một ống dây, trong ống dây sẽ sinh ra một suất điện động cảm ứng. Suất điện động của ống dây do từ trường của chính nó gây ra nên ta gọi hiện tượng cảm ứng này là hiện tượng tự cảm.

Với một ống dây thì từ thông qua nó tỉ lệ với dòng điện chạy trong đó: Φ = Li.

Do đó biểu thức suất điện động sẽ có dạng: ξ = Li’.

4. Năng lượng từ trường

Người ta chứng tỏ được rằng, khi ống dây với hệ số tự cảm L có dòng điện i chạy qua thì năng lượng của nó là W =  Li²/2.

Ta cũng có thể coi năng lượng của ống dây cũng là năng lượng của từ trường nằm trong lòng ống dây.

Biểu thức năng lượng có thể viết lại: