CÔNG TY CỔ PHẦN TIN HỌC LẠC VIỆT
23 Nguyễn Thị Huỳnh, Phường 8, Quận Phú Nhuận, TP. Hồ Chí Minh
Từ thông qua một diện tích S đặt trong từ trường đều: \[\Phi= BScos\alpha \]
Từ thông qua khung dây có N vòng dây: \[\Phi= NBSc{\rm{os}}\alpha \]
Trong đó:
+ \[\Phi \] : từ thông [Wb]
+ B: cảm ứng từ [T]
+ \[\alpha= [\overrightarrow n ,\overrightarrow B ]\]
+ N: số vòng dây
+ Đơn vị: Wb [vêbe]
Tự cảm – Bài 2 trang 157 sgk vật lí 11. Phát biểu định nghĩa từ thông riêng
2. Phát biểu định nghĩa từ thông riêng, độ tự cảm của một mạch kín.
Hướng dẫn:
Giả sử có một mạch kín C, trong đó có dòng điện cượng đọ i. Dòng điện i gây ra một từ trường, từ trường này gây ra một từ thông Φ qua C được gọi là từ thông riêng của mạch.
L là một hệ số, chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín C gọi là độ tự cảm của C
Tự cảm – Lý thuyết tự cảm. I. TỪ THÔNG RIÊNG CỦA MỘT MẠCH KÍN
I. TỪ THÔNG RIÊNG CỦA MỘT MẠCH KÍN
Giả sử có một mạch kín C, trong đó có dòng điện cượng đọ i. Dòng điện i gây ra một từ trường, từ trường này gây ra một từ thông Φ qua C được gọi là từ thông riêng của mạch. Rõ ràng, từ thông này tỉ lệ với cảm ứng từ do i gây ra , nghĩa là tir lệ với i. Ta có thể viết: Φ = Li [25.1]
L là một hệ số, chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín C gọi là độ tự cảm của C. Trong công thức [25.1] i tính ra ampe [A], Φ tính ra veebe [Wb], khi đó độ tự cảm L tính ra henry [H].
Ví dụ có một ống dây điện chiều dài l, tiết diện S, gồm tất cả N vòng dây, trong đó có dòng điện cường độ i chạy gây ra từ trường đều trong lòng ống dây đó. Cảm ứng từ B trong lòng ống dây cho bởi:
B = 4π10-7 i\[\frac{N}{l}\]
Dễ dàng tính được từ thông riêng của ống dây đó và suy ra độ tự cảm [ viết trong hệ đơn vị SI] : L = 4π10-7 iS.\[\frac{N^{2}}{l}\] [25.2]
Công thức này áp dụng đối với một ống dây điện hình trụ có chiều dài l khá lớn so với đường kính tiết diện S. Ống dây có độ tự cảm L đáng kể, được gọi là ống dây tự cảm hay cuộn cảm.
II. HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM
1. Định nghĩa.
Trong mạch kín C có dòng điện cường độ i: Nếu do một nguyên nhân nào đó cường độ i biến thiên thì từ thông riêng của C biến thiên; khi đó trong X xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ; hiện tượng này gọi là hiện tượng tự cảm
Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
Trong các mạch điện một chiều, hiện tượng tự cảm thường xảy ta khi đóng mạch [ dòng điện tăng lên đột ngột] và khi ngắt mạch [dòng điện giảm xuống 0 ]
Trong các mạch điện xoay chiều, luôn luôn xảy ra hiện tượng tự cảm, vì cường độ dòng điện xoay chiều biến thiên liên tục theo thời gian.
III. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TỰ CẢM
Quảng cáo1. Khi có hiện tượng tự cảm xảy ta trong một mạch điện thì suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch được gọi là suất điện động tự cảm. Giá trị của nó được tính theo công thức tổng quát:
etc = – \[\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\]
Trong đó Φ là từ thông riêng được cho bởi : Φ = Li
Vì L không đổi, nên ∆Φ = L ∆i
Vậy suất điện động tự cảm có công thức:
etc = – L\[\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\] [25.3]
Dấu trừ trong [25.3] phù hợp với định luật Len – xơ
2. Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm
Trong thí nghiệm khi ngắt K, đèn sáng bừng lên trước khi tắt. Điều này chứng tỏ đã có một năng lượng giải phóng trong đèn. Năng lượng này chính là năng lượng đã được tích lũy trong ống dây tự cảm khi có dòng điện chạy qua. Người ta chứng minh được rằng, khi có dòng điện cường độ i chạy qua ống dây tự cảm thì ống dây tích lũy được một năng lượng cho bởi:
W = \[\frac{1}{2}\] Li2 [25.4]
VI. ỨNG DỤNG
Hiện tượng tự cảm có nhiều ứng dụng trong các mạch điện xoay chiều. Cuộn cảm là một phần tử quan trọng trong các mạch điện xoay chiều có mạch dao động và các máy biến áp..
Câu hỏi: Từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc vào
A. Cường độ dao động qua mạch.
B. Chiều dài dây dẫn.
C. Điện trở của mạch.
D. Tiết diện dây dẫn.
Lời giải:
Đáp án đúng: A - Cường độ dao động qua mạch.
Giải thích:
Kiến thức mở rộng:
I. Từ thông là gì ?
Từ thông là từ trường được sinh ra từ một khung dây đồng cuốn thành vòng tròn. Về số vòng thì tùy thuộc ứng dụng để quấn. Số vòng dây này sẽ đi xuyên qua một thanh nam châm vĩnh cửu
Trên nguyên tắc; từ thông thể hiện cho hiện tượng từ truyền xuyên qua nam châm vĩnh cửu. Nam châm tạo từ trường càng lớn thì lượng từ thông được sản sinh càng nhiều
II. Đơn vị của từ thông
Ký hiệu của từ thông Φ hay còn gọi là phi. Ngoài ra; từ thông còn được gọi là vê be ký hiệu theo đơn vị là Wb. Tuy nhiên; đa phần đều sử dụng Φ là ký hiệu thông dụng phổ biến của từ thông
1. Ví dụ về từ thông
Để các bạn hình dung dễ dàng hơn tôi sẽ phân tích một ví dụ ngoài luồng cụ thể:
Chúng ta lấy một cái quạt mini khởi động nó lên thì lượng gió sẽ đi theo một hướng. Ta lấy một tấm giấy vuông góc lớn
Trường hợp để nằm ngang thì lượng gió thổi qua nhiều
Trường hợp nằm chéo trước quạt thì lượng gió thổi qua ít lại
Và trường hợp chắn vuông góc với hướng gió thổi thì lúc này lượng gióa thổi qua ít nhiều còn tùy thuộc vào tiết diện giấy hoặc độ mạnh của quạt. Đối với từ thông như trên cũng hoàn toàn như vậy
Hoặc ai có con cảm biến siêu âm đo mức nước bị hư. Bạn chỉ cần tháo lắp thiết bị đó ra sẽ thấy cục nam châm vĩnh cửu và cuộn dây tạo từ trường. Đối với dòng từ trường mặc dù nó có sự dịch chuyển mạnh mẽ nhưng chúng ta không bao giờ thấy. Bản chất dòng siêu âm cũng vậy. Hoạt động theo nguyên lý bắn sóng một cách vô hình
2. Nguyên lý tạo ra từ thông
Nếu phân tích ở một góc độ nào đó ta sẽ thấy rõ đường truyền của các tia cảm ứng điện từ luôn là một đường thẳng song song với nhau được ký hiệu là B
Đồng thời; các đường truyền này nó sẽ truyền vuông góc với tiết diện nam châm hay còn gọi là tiết diện S. Và tất nhiên; khi dòng cảm ứng điện từ và tiết diện nam châm cùng chỉ về một hướng song song với nhau thì lúc này không sản sinh ra từ thông
Chính vì vậy; từ thông được sinh ra khi và chỉ khi cảm biến điện từ tạo góc với tiết diện S hay còn gọi là từ trường của nam châm vĩnh cửu
3. Từ thông riêng của một mạch kín
- Từ thông [thông lượng từ trường] là một đại lượng vật lý đặc trưng cho "lượng" từ trường đi qua một tiết diện được giới hạn bởi một đường cong kín.
- Giả sử có một mạch kín [C], trong đó có dòng điện cường độ i. Dòng điện i gây ra một từ trường, từ trường này gây ra một từ thông qua Φ [C] được gọi là từ thông riêng của mạch:
4. Φ = L.i
L là độ tự cảm cảu mạch [C], chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín [C], đơn vị là henry [H].
Độ tự cảm của ống dây hình trụ có chiều dài khá lớn so với đường kính tiết diện:
Trong đó:
L: Độ tự cảm của ống dây [H]
N: Số vòng dây [vòng].
l: Chiều dài ống dây [m].
S: Tiết diện ống dây [m2]
Chú ý: Ống dây này còn được gọi là cuộn cảm.
Độ tự cảm của ống dây có lõi sắt:
với μ: độ từ thẩm, đặc trưng cho từ tính của lõi sắt.
5. Hiện tượng tự cảm
Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
Đối với mạch điện một chiều: Hiện tượng tự cảm xảy ra khi đóng và ngắt mạch.
Đối với mạch xoay chiều: Hiện tượng tự cảm luôn xảy ra.
Hiện tượng tự cảm cũng tuân theo các định luật của hiện tượng cảm ứng điện từ.
6. Suất điện động tự cảm
- Khi trong mạch điện có cường độ dòng điện biến thiên thì trong mạch xuất hiện suất điện động tự cảm:
Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
- Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm:
Khi cuộn cảm có dòng điện cường độ i chạy qua thì trong cuộn cảm tích luỹ năng lượng dưới dạng năng lượng từ trường: