Hiện tượng cảm ứng điện từ: Nguyên Lý & Định Luật Cơ bản (2019)

Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? 

Hiện tượng cảm ứng điện từ là sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch đó biến đổi. Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín là suất điện động cảm ứng.

    a) Định luật cơ bản về cảm ứng điện từ: Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.
    Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông ΦΦ biến thiên; nếu ΦΦ ngừng biến đổi thì dòng điện cảm ứng tắt.
           
cảm ứng điện từ

 

định luật cảm ứng điện từ
   Định luật Lenz:

Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.
    Khi từ thông ΦΦ qua C biến thiên do một chuyển động nào đó thì dòng điện cảm ứng xuất hiện trong C có chiều sao cho từ trường do dòng điện ấy sinh ra có tác dụng chống lại sự chuyển dời nói trên.

   Định luật Faraday: 

Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín, nó tỉ lệ với độ biến thiên từ thông qua mạch và tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian của sự biến thiên ấy (tức là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông):

ξC=ΔΦΔtξC=−ΔΦΔt(dấu trừ biểu diễn định luật Lenz)

    – Nếu mạch kín có N vòng dây thì ξC=NΔΦΔtξC=−NΔΦΔt
    – Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong một đoạn dây dẫn chiều dài l chuyển động với vận tốc   trong từ trường có cảm ứng từ   bằng

ξC=BlνsinαξC=Blνsin⁡α

trong đó νν→ và BB→ cùng vuông góc với đoạn dây và αα là góc giữa BB→ và νν→

định luật paraday

Sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây đó tương đương với sự tồn tại của một nguồn điện trên đoạn dây đó;

Nguồn điện này có suất điện động bằng ξCξC và có hai cực dương và âm được xác định bằng quy tắc bàn tay phải: đặt bàn tay phải duỗi thẳng để cho các đường cảm ứng từ (vectơ BB→) hướng vào lòng bàn tay, ngón tay cái choãi ra chỉ chiều chuyển động của dây dẫn, khi đó chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều đi qua nguồn tương đương từ cực âm sang cực dương.
 
Chiều của dòng điện cảm ứng chạy trên đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường (khi đoạn dây là một phần của mạch kín) cũng được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.

Đặt bàn tay phải duỗi thẳng để cho các đường cảm ứng từ (vectơ BB→) hướng vào lòng bàn tay, ngón tay cái choãi ra chỉ chiều chuyển động của dây dẫn, khi đó chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều của dòng điện cảm ứng chạy qua đoạn dây đó.

định luật faraday

d) Dòng điện Fu-cô là dòng điện cảm ứng sinh ra ở trong khối vật dẫn (như khối kim loại chẳng hạn) khi những khối này chuyển động trong một từ trường hoặc đặt trong một từ trường biến thiên theo thời gian.

Do tác dụng của dòng Fu-cô, mọi khối kim loại chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của lực hãm điện từ. Dòng điện Fu-cô gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Joule trong các lõi động cơ, máy biến áp…

Hướng của dòng điện cảm ứng 

Điều quan trọng nhất cần nhớ là dòng điện cảm ứng phản đối bất kỳ thay đổi nào đang diễn ra.

Trong hình đầu tiên (bên trái) vòng mạch có cực nam của nam châm di chuyển gần hơn.

Độ lớn của trường từ nam châm ngày càng lớn. Phản ứng từ emf cảm ứng sẽ là cố gắng chống lại trường hướng về cực ngày càng mạnh hơn.

Trường là một vectơ nên dòng điện sẽ chảy theo hướng sao cho các trường do dòng điện có xu hướng hủy chúng khỏi nam châm, giữ cho trường kết quả như cũ.

Để chống lại sự thay đổi từ một cực nam đang đến gần từ phía trên, dòng điện phải dẫn đến các đường trường di chuyển ra khỏi cực tiếp cận. 

Do đó, từ trường cảm ứng phải có các đường trường đi xuống bên trong vòng lặp. Hướng hiện tại được chỉ định bởi các mũi tên trên vòng mạch sẽ đạt được điều này. 

Kiểm tra điều này bằng cách sử dụng Quy tắc bàn tay phải.

 Đặt ngón tay cái bên phải của bạn theo hướng của một trong những mũi tên và chú ý những gì trường cuộn xuống dưới vào khu vực được bao quanh bởi vòng lặp.

dòng điện cảm ứng tử
Trong sơ đồ thứ hai, cực nam đang di chuyển đi. Điều này có nghĩa là trường từ nam châm sẽ ngày càng yếu đi. Phản ứng từ dòng điện cảm ứng sẽ là thiết lập một từ trường thêm vào từ trường hiện có từ từ để chống lại sự giảm sức mạnh.

Một cách khác để nghĩ về tính năng tương tự là chỉ sử dụng cực. 

Để chống lại một cực nam đang đến gần, dòng điện được tạo ra tạo ra một trường trông giống như một cực nam khác ở phía cực nam đang đến gần. 

Giống như cực đẩy lùi, bạn có thể nghĩ đến việc thiết lập một cực nam để đẩy lùi cực nam đang đến gần.

 Trong bảng điều khiển thứ hai, hiện tại thiết lập một cực bắc để thu hút cực nam để ngăn chặn nó di chuyển đi.

Chúng ta cũng có thể sử dụng biến thể của Quy tắc bàn tay phải, đặt các ngón tay của bạn theo hướng của dòng điện để lấy ngón tay cái của bạn chỉ theo hướng của các đường trường (hoặc cực bắc).

Chúng ta có thể kiểm tra tất cả những điều này trên các trường hợp cực bắc di chuyển gần hoặc xa hơn khỏi mạch. 

Đối với trường hợp đầu tiên của cực bắc đang đến gần, dòng điện sẽ chống lại sự thay đổi bằng cách thiết lập một trường theo hướng ngược lại với trường từ nam châm ngày càng mạnh hơn.

 Sử dụng Quy tắc bàn tay phải để xác nhận rằng các mũi tên tạo ra một trường có các đường trường cuộn tròn lên trên trong khu vực kèm theo để loại bỏ những cuộn tròn hướng xuống từ cực bắc của nam châm.

Giống như cực đẩy lùi, kiểm tra thay thế rằng đặt các ngón tay của bàn tay phải của bạn theo hướng của dòng điện khiến ngón tay cái của bạn hướng lên trên chỉ ra một cực bắc.

định luật cảm ứng điện
Đối với hình thứ hai nơi cực bắc đang di chuyển đi, tình hình được đảo ngược.

Hướng của dòng điện cảm ứng trong một điện từ.

Cách tiếp cận để xem hướng của dòng điện trong một cuộn dây cũng giống như cách tiếp cận được mô tả ở trên.

 Sự khác biệt duy nhất là trong một cuộn điện từ có một số vòng dây nên cường độ của emf cảm ứng sẽ khác nhau. 

Thông lượng sẽ được tính bằng cách sử dụng diện tích bề mặt của điện từ nhân với số vòng.

Hãy nhớ rằng: tất cả các hướng của dòng điện và từ trường liên quan đều có thể được tìm thấy chỉ bằng Quy tắc bàn tay phải. 

Khi các ngón tay của bàn tay phải được chỉ theo hướng của từ trường, ngón cái chỉ theo hướng của dòng điện. Khi ngón cái chỉ vào hướng của từ trường, các ngón tay chỉ theo hướng của dòng điện.

Hướng của dòng điện sẽ như là để chống lại sự thay đổi. Chúng tôi sẽ sử dụng một thiết lập như trong bản phác thảo này để làm bài kiểm tra:

huong-cua-dong-dien-cam-ung

Trong trường hợp cực bắc được đưa về phía điện từ, dòng điện sẽ chảy để cực bắc được thiết lập ở cuối đế gần nhất với nam châm tiếp cận để đẩy lùi nó (xác minh bằng Quy tắc bàn tay phải):

nguyên lý cảm ứng điện từ

Trong trường hợp một cực bắc đang di chuyển ra khỏi đế điện, dòng điện sẽ chảy để cực nam được thiết lập ở cuối của điện từ gần nhất với nam châm rút để thu hút nó:

định luật cảm ứng điện từ trường

Trong trường hợp một cực nam đang di chuyển ra khỏi đế điện, dòng điện sẽ chảy để cực bắc được thiết lập ở cuối của điện từ gần nhất với nam châm rút để thu hút nó:

cảm ứng điện từ một chiều

Trong trường hợp cực nam được đưa về phía điện từ, dòng điện sẽ chảy để cực nam được thiết lập ở cuối đế gần nhất với nam châm tiếp cận để đẩy lùi nó:

cảm ứng điện từ 2 chiềuMột cách dễ dàng để tạo ra một từ trường có cường độ thay đổi là di chuyển một nam châm vĩnh cửu bên cạnh một dây hoặc cuộn dây. 

Từ trường phải tăng hoặc giảm cường độ vuông góc với dây (sao cho các đường sức từ trường cắt ngang qua dây dẫn), nếu không sẽ không có điện áp nào được tạo ra.

Dòng điện cảm ứng tạo ra một từ trường. Từ trường cảm ứng là theo hướng có xu hướng hủy bỏ sự thay đổi của từ trường trong vòng dây.

 Vì vậy, bạn có thể sử dụng Quy tắc bàn tay phải để tìm hướng của dòng điện cảm ứng bằng cách nhớ rằng từ trường cảm ứng ngược hướng với sự thay đổi của từ trường.

Cảm ứng điện từ

Cảm ứng điện từ được đưa vào sử dụng thực tế trong việc xây dựng các máy phát điện sử dụng năng lượng cơ học để di chuyển một từ trường qua các cuộn dây để tạo ra điện áp. 

Tuy nhiên, đây không phải là cách sử dụng thực tế duy nhất cho nguyên tắc này.

Nếu chúng ta nhớ lại, từ trường được tạo ra bởi một dây mang dòng điện luôn vuông góc với dây và cường độ từ thông của từ trường này thay đổi theo lượng dòng điện đi qua nó.

 Do đó, chúng ta có thể thấy rằng một dây có khả năng tạo ra một điện áp dọc theo chiều dài của chính nó nếu dòng điện thay đổi. Hiệu ứng này được gọi là tự cảm ứng . 

Tự cảm là khi một từ trường thay đổi được tạo ra bởi sự thay đổi dòng điện qua một dây dẫn, tạo ra một điện áp dọc theo chiều dài của cùng một dây.

Nếu từ thông được tăng cường bằng cách uốn dây thành hình dạng của cuộn dây, và / hoặc quấn cuộn dây đó quanh một vật liệu có tính thấm cao, hiệu ứng điện áp tự cảm này sẽ mạnh hơn. Một thiết bị được chế tạo để tận dụng hiệu ứng này được gọi là cuộn cảm .

Hãy nhớ rằng dòng điện cảm ứng sẽ tạo ra một từ trường chống lại sự thay đổi của từ thông. Điều này được gọi là luật của Lenz.



Chat Facebook
0974215599