Lý thuyết Hiện tượng cảm ứng điện từ - Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Bài 12. Hiện tượng cảm ứng điện từ

1. Từ thông

Từ thông qua diện tích S: Φ=BScosα

Trong đó, 𝛼 là góc hợp bời cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) và vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow n \) của mặt phẳng có diện tích S.

Đơn vị của từ thông là vêbe (Wb). 1 Wb = 1T . 1m²

Khi 0°≤α<90°⇒Φ>0

Khi α=90°⇒Φ=0

Khi 90°<α≤180°⇒Φ<0

2. Hiện tượng cảm ứng điện từ

Thí nghiệm khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ

Bước 1: Điều chỉnh kim điện kế ở vạch số 0. Nối hai đầu khung dây với điện kế.

Bước 2: Đưa một đầu của nam châm tiến lại gần khung dây, khi nam châm vừa tiến đến mặt phẳng khung dây thì dừng lại. Quan sát kim điện kế trong quá trình nam châm lại gần khung dây.

Bước 3: Từ vị trí của nam châm ở cuối bước 2, đưa nam châm ra xa khung dây. Quan sát kim điện kế trong quá trình nam châm ra xa khung dây.

* Kết quả thí nghiệm:

- Trong quá trình đưa nam châm lại gần hay ra xa khung dây, ta thấy kim điện kế bị lệch, điều này chứng tỏ đã có dòng điện qua khung dây. Ngoài ra, chiều lệch của kim điện kế trong hai trường hợp là ngược nhau, cho thấy hai dòng điện ngược chiều nhau.

- Khi nam châm dừng lại, ta thấy kim điện kế dừng lại ở vạch số 0, chứng tỏ không có dòng điện qua khung dây.

Hiện tượng cảm ứng điện từ

Khi từ thông qua mặt giới hạn bởi một khung dây dẫn kín biến thiên thì trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

Định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng

Dòng điện cảm ứng qua khung dây dẫn kín có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra (từ trường cảm ứng) có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông qua chính khung dây đó.

Định luật Faraday về suất điện động cảm ứng

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

\(\left| e \right| = \left| {\frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}} \right|\)

trong đó, ΔΦ là độ biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch điện kín.

Kết hợp với định luật Lenz, suất điện động cảm ứng trong mạch điện kín là: \({e_{\rm{C}}} =  - \frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}\)

Trường hợp cuộn dây có N vòng thì \({e_{\rm{C}}} =  - N\frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}\)

Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ

Guitar điện

Khi gảy đàn, đoạn dây gần nam châm bị nhiễm từ dao động và tạo ra sự biến thiên từ thông qua cuộn dây của bộ cảm ứng, từ đó tạo ra một suất điện động cảm ứng. Tín hiệu điện được đưa đến một bộ khuếch đại và loa, tạo ra sóng âm thanh mà chúng ta nghe được.

Dynamo xe đạp

Khi bánh xe quay, núm dẫn động và nam châm cũng quay theo, do đó từ thông qua cuộn dây biến thiên. Lúc này, trong cuộn dây xuất hiện dòng điện cảm ứng và thắp sáng bóng đèn.

3. Sóng điện từ

Điện từ trường

Trong vùng không gian có từ trường biến thiên theo thời gian thì trong vùng đó xuất hiện một điện trường xoáy; ngược lại, trong vùng không gian có điện trường biến thiên theo thời gian thì trong vùng đó xuất hiện một từ trường biến thiên theo thời gian. Do đó, điện trường biến thiên và từ trường biến thiên theo thời gian chuyển hoá lẫn nhau và cùng tồn tại trong không gian, được gọi là điện từ trường.

Mô hình sóng điện từ

Quá trình lan truyền của điện từ trường trong không gian gọi là sóng điện từ. Trong quá trình lan truyền, tại một điểm, vectơ cường độ điện trường \(\overrightarrow E \) và vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) luôn dao động cùng pha, vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng điện từ như Hình 12.8.

Quy tắc vặn đinh ốc: Quay đinh ốc theo chiều từ vectơ cường độ điện trường đến vectơ cảm ứng từ thì chiều tiến của đinh ốc là chiều lan truyền của sóng điện từ (Hình 12.9).

Sơ đồ tư duy về “Hiện tượng cảm ứng điện từ”