Hiện tượng cảm ứng điện từ

I, Kiến thức cần nhớ

-Biểu thức tính từ thông: \[\phi =NBS\cos \alpha \]

►Trong đó: \[\phi \] là từ thông (Wb)

N: số vòng dây (trong trường hợp có nhiều vòng dây)

S: tiết diện (\[{{m}^{2}}\])

B: cảm ứng từ (T)

\[\alpha =\left( \overrightarrow{B},\overrightarrow{n} \right)\]

Lưu ý khi \[\overrightarrow{B}\] vuông góc với mặt S thì \[\alpha =0\]

-Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng từ thông qua mạch kín biến thiên ( tăng hoặc giảm) làm xuất hiện dòng điện trong mạch , dòng điện này gọi tên là dòng điện cảm ứng

-Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ xảy ra trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên

II, Các ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong vòng dây khi nhìn vào mặt trên trong trường hợp cho nam châm rơi thẳng đứng xuyên qua tâm vòng dây giữ cố định như hình vẽ

A. Lúc đầu dòng điện cùng kim đồng hồ, khi nam châm xuyên

qua đổi chiều ngược kim đồng hồ.

B. Lúc đầu dòng điện ngược kim đồng hồ, khi nam châm xuyên

qua đổi chiều cùng kim đồng hồ.

C. không có dòng điện cảm ứng trong vòng dây.

D. Dòng điện cảm ứng cùng kim đồng hồ.

Hướng dẫn

Lúc đầu khi nam châm rơi xuống lại gần vòng dây thì cảm ứng từ qua vòng dây tăng, nên vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng cùng kim đồng hồ để tạo ra cảm ứng từ ngược chiều cảm ứng từ của nam châm.

Lúc sau khi nam châm rơi xuống xuyên qua đi ra xa vòng dây thì cảm ứng từ qua vòng dây giảm, nên vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng ngược kim đồng hồ để tạo ra cảm ứng từ cùng chiều cảm ứng từ của nam châm.

Chọn đáp án A

Ví dụ 2: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho vòng dây tịnh tiến với vận tốc \[\overrightarrow{v}\]trong từ trường đều.

Hướng dẫn

Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó.

Ðiều này có nghĩa là khi từ thông qua mạch tăng lên, từ trường cảm ứng sinh ra có tác dụng chống lại sự tăng của từ thông. từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài. Nếu từ thông qua mạch giảm, từ trường cảm ứng (do dòng điện cảm ứng sinh ra nó) có tác dụng chống lại sự giảm của từ thông, lúc đó từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài.

Chọn đáp án D

Ví dụ 3: Một khung dây dẫn kín, hình chữ nhật ABCD và dây dẫn MN thẳng dài có dòng điện chạy qua cùng nằm trong một mặt phẳng P, sao cho MN song song với CD. Trong khung dây dẫn ABCD có dòng điện cảm ứng khi

A. khung ABCD dịch chuyển trong mặt phẳng P ra xa hoặc lại gần MN.

B. khung ABCD chuyển động trong mặt phẳng P theo đường thẳng song song với MN.

C. khung ABCD quay đều quanh trục quay trùng với MN.

D. khung ABCD quay nhanh dần đều quanh trục quay trùng với MN.

Hướng dẫn

Khi khung ABCD dịch chuyển trong mặt phẳng P ra xa hoặc lại gần MN thì mới có sự thay đổi cảm ứng từ qua khung dây, khi đó mới có dòng điện cảm ứng.

Chọn đáp án A

Ví dụ 4: Khung dây dẫn hình chữ nhật có diện tích \[20c{{m}^{2}}\] gồm 200 vòng dây quay đều quanh trục đối xứng trong một từ trường đều B = 0,2T, có các đường sức từ vuông góc với trục quay. Trong quá trình khung dây quay, từ thông qua khung có giá trị cực đại bằng

A. 800Wb. B. 4Wb. C.\[{{8.10}^{-2}}\text{Wb}\] D.\[{{4.10}^{-2}}\text{Wb}\]

Hướng dẫn

Từ thông qua khung có giá trị cực đại bằng:

\[\phi =NBS\cos \alpha \Rightarrow {{\phi }_{\max }}=NBS={{200.20.10}^{-4}}.0,2={{8.10}^{-2}}\text{W}b\]

Chọn đáp án C

Ví dụ 5: Một vòng dây diện tích S được đặt trong từ trường có cảm ứng từ B, mặt phẳng vòng dây hợp với đường sức từ góc \[\alpha \]. Với góc \[\alpha \] bằng bao nhiêu thì từ thông qua vòng dây có giá trị \[\phi \text{=}\frac{BS}{\sqrt{2}}\]

A.\[{{180}^{o}}\] B.\[{{90}^{o}}\] C.\[{{60}^{o}}\] D\[{{45}^{o}}\]

Hướng dẫn

Từ thông qua vòng dây: \[\phi =NBS\cos \beta \Rightarrow 1.BS\cos \beta =\frac{BS}{\sqrt{2}}\Rightarrow \cos \beta =\frac{1}{\sqrt{2}}\Rightarrow \alpha ={{45}^{o}}\]

Mặt phẳng vòng dây hợp với đường sức từ góc: \[\alpha =90-\beta ={{45}^{o}}\]

Chọn đáp án D

Ví dụ 6: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.

B. Dòng điện xuất hiện khi có sự biến thiên từ thông qua mạch điện kín gọi là dòng điện cảm ứng.

C. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.

D. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra luôn ngược chiều với chiều của từ trường đã sinh ra nó.

Hướng dẫn

Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó.

Chọn đáp án D

Ví dụ 7: Khi thanh kim loại MN ở hình chuyển động theo hướng vectơ \[\overrightarrow{v}\] trong từ trường đều thì dòng điện cảm ứng trong mạch có chiều như trên hình đó. Như vậy các đường sức từ.

A. vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và hướng ra phía trước mặt phẳng hình vẽ.

B. vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và hướng ra phía sau mặt phẳng hình vẽ.

C. nằm trong mặt phẳng hình vẽ và vuông góc với hai thanh ray.

D. nằm trong mặt phẳng hình vẽ và song song với hai thanh ray.

Hướng dẫn

Khi thanh kim loại MN ở hình chuyển động theo hướng vectơ \[\overrightarrow{v}\] trong từ trường đều thì diện tích khung dây tăng dẫn đến cảm ứng từ qua khung dây tăng, nên xuất hiện dòng điện cảm ứng \[{{i}_{c}}\]sao cho nó sinh ra cảm ứng từ ngược chiều với cảm ứng từ bên ngoài. Mặt khác theo hình vẽ ta thấy cảm ứng từ do \[{{i}_{c}}\]gây ra có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽhướng ra phía trước mặt phẳng hình vẽ như vậy các đường sức từ bên ngoài đặt vào vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và hướng ra phía sau mặt phẳng hình vẽ.

Chọn đáp án B

Ví dụ 8: Một hình vuông cạnh 5cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ \[B={{4.10}^{-4}}T\], từ thông qua hình vuông đó bằng \[{{10}^{-6}}\text{W}b\]. Tính góc hợp bởi véctơ cảm ứng từ và véc tơ pháp tuyến của hình vuông đó

A.\[{{0}^{o}}\] B.\[{{30}^{o}}\] C.\[{{45}^{o}}\] D.\[{{60}^{o}}\]

Hướng dẫn

Từ thông xuyên qua khung dây là:

\[\phi =NBS\cos \alpha \Rightarrow {{10}^{-6}}={{1.4.10}^{-4}}.0,{{05}^{2}}\cos \alpha \Rightarrow \alpha ={{0}^{o}}\]

Chọn đáp án A

Ví dụ 9: Cuộn dây có N = 1000 vòng, mỗi vòng có diện tích \[S=20c{{m}^{2}}\] đặt trong một từ trường đều. Trục của cuộn dây song song với vectơ cảm ứng từ \[\overrightarrow{B}\] của từ trường. Cho độ lớn B biến thiên, người ta thấy có suất điện động cảm ứng \[{{e}_{C}}=10V\] được tạo ra. Độ biến thiên cảm ứng từ \[\Delta \]B là bao nhiêu trong thời gian \[\Delta t={{10}^{-2}}s\]?

A.\[\Delta \]B = 0,05T. B.\[\Delta \]B = 0,25T. C.\[\Delta \]B = 0,5T. D.\[\Delta B={{2.10}^{-3}}T\]

Hướng dẫn

Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong khoảng thời gian từ trường biến đổi là:

\[{{e}_{C}}=\left| \frac{\Delta \phi }{\Delta t} \right|=\left| \frac{NS\cos \alpha .\Delta B}{\Delta t} \right|\Rightarrow \Delta B=0,05T\]

Chọn đáp án A

Ví dụ 10: Một khung dây phẳng, diện tích \[20c{{m}^{2}}\] , gồm 10 vòng dây được đặt trong từ trường đều. Vectơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng khung dây một góc \[{{30}^{o}}\] và có độ lớn \[B={{2.10}^{-4}}T\] . Người ta làm cho từ trường giảm đều đến không trong khoảng thời gian 0,01s. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong khoảng thời gian từ trường biến đổi là.

A.\[3,{{46.10}^{-4}}(V)\] B. 0,2 (mV). C.\[{{4.10}^{-3}}V\] D. 0,4 (mV)

Hướng dẫn

Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong khoảng thời gian từ trường biến đổi là:

\[{{e}_{C}}=\left| \frac{\Delta \phi }{\Delta t} \right|=\left| \frac{0-\Delta \phi }{\Delta t} \right|=\left| \frac{NBS\cos \alpha }{\Delta t} \right|={{2.10}^{-4}}V\]

Chọn đáp án B

III, Bài tập tự luyện

Câu 1: Khung dây dẫn tròn, kín, có đường kính d = 20cm, điện trở R = 0,1\[\Omega \], được đặt trong từ trường có véctơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây, độ lớn cảm ứng từ tăng dần đều từ 0,1T đến 0,4T trong khoảng thời gian 0,314s. Trong thời gian từ trường biến đổi, cường độ dòng điện trong khung dây có độ lớn bằng

A. 30A. B. 1,2A. C. 0,5A. D. 0,3A.

Câu 2: Trong trường hợp nào sau đây xuất hiện dòng điện cảm ứng trong khung dây dẫn kín?

A. Khung dây quay đều trong một từ trường đều có các đường sức từ song song với trục quay của khung dây.

B. Khung dây chuyển động thẳng đều trong từ trường đều sao cho mặt phẳng khung dây luôn song song với đường cảm ứng từ.

C. Khung dây quay đều trong một từ trường đều có các đường sức từ vuông góc với trục quay của khung dây.

D. Khung dây chuyển động thẳng đều trong từ trường đều sao cho mặt phẳng khung dây luôn vuông góc với đường sức từ.

Câu 3: Một vòng dây diện tích S được đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B, góc tạo bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến của vòng dây là \[\alpha \]. Với góc \[\alpha \] bằng bao nhiêu thì từ thông qua vòng dây có giá trị \[\phi =\frac{BS}{2}\]

A.\[\alpha ={{45}^{o}}\] B.\[\alpha ={{30}^{o}}\] C.\[\alpha ={{60}^{o}}\] D.\[\alpha ={{90}^{o}}\]

Câu 4: Xác định suất điện động cảm ứng trong khung dây kín, biết trong khoảng thời gian 0,5 s, từ thông giảm từ 1,5 Wb xuống 0.

A. 5 V. B. 4,5 V. C. 0,75 V. D. 3 V.

Câu 5: Một vòng dây dẫn tròn bán kính r = 10cm, điện trở R = 0,2 Ω; mặt phẳng vòng dây nghiêng góc \[{{30}^{o}}\] so với vector cảm ứng từ, có độ lớn B = 0,02T. Xác định suất điện động cảm ứng, độ lớn dòng điện cảm ứng trong vòng dây nếu trong thời gian 0,01s từ trường giảm đều xuống 0.

A. 0,628 V; 3,14 A.

B. 0,0628 V; 0,314 A.

C. 0,0314 V; 0,314 A.

D. 0,0314 V; 0,628 A.

Câu 6: Một khung dây phẳng có diện tích \[12c{{m}^{2}}\] , mặt phẳng khung dây hợp với đường cảm ứng từ một góc \[{{30}^{o}}\] . Tính độ lớn từ thông qua khung

A.\[\Phi ={{2.10}^{-5}}\text{W}b\]

B.\[\Phi ={{3.10}^{-5}}\text{W}b\]

C.\[\Phi ={{4.10}^{-5}}\text{W}b\]

D.\[\Phi ={{5.10}^{-5}}\text{W}b\]

Câu 7: Một khung dây có diện tích \[2c{{m}^{2}}\] đặt trong từ trường, các đường sức từ tạo với mặt phẳng khung dây một góc \[{{30}^{o}}\] . Xác định từ thông xuyên qua khung dây, biết rằng \[B={{5.10}^{-2}}T\]

A.\[\Phi =2,{{5.10}^{-6}}\text{W}b\]

B.\[\Phi ={{5.10}^{-6}}\text{W}b\]

C.\[\Phi =2,5\sqrt{3}{{.10}^{-6}}\text{W}b\]

D.\[\Phi ={{25.10}^{-6}}\text{W}b\]

Câu 8: Một khung dây hình vuông, cạnh 4 cm, đặt trong từ trường đều, các đường sức xiên qua bề mặt và tạo với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây một góc \[{{30}^{o}}\] , từ trường có cảm ứng từ \[{{2.10}^{-5}}T\] Xác định từ thông xuyên qua khung dây nói trên?

A.\[{{5.10}^{-8}}\text{W}b\] B.\[2,{{5.10}^{-8}}\text{W}b\] C.\[2,{{77.10}^{-8}}\text{W}b\] D.\[1,{{77.10}^{-8}}\text{W}b\]

Câu 9: Một khung dây phẳng, diện tích \[20c{{m}^{2}}\] , gồm 10 vòng dây đặt trong từ trường đều, góc giữa B và vector pháp tuyến là \[{{30}^{o}}\],\[B={{2.10}^{-4}}T\] , làm cho từ trường giảm đều về 0 trong thời gian 0,01 s. Hãy xác định suất điện động cảm ứng sinh ra trong khung dây?

A.\[3,{{46.10}^{-4}}V\] B.\[{{2.10}^{-4}}V\] C.\[2,{{7.10}^{-4}}V\] D.\[2,{{67.10}^{-4}}V\]

Câu 10: Khung dây có tiết diện \[30c{{m}^{2}}\] đặt trong từ trường đều B = 0,1T. Mặt phẳng khung dây vuông góc với đường cảm ứng từ. Trong các trường hợp nào suất điện động cảm ứng trong mạch bằng nhau. (I) quay khung dây trong 0,2s để mặt phẳng khung song song với đường cảm ứng từ. (II) giảm từ thông xuống còn một nửa trong 0,2s. (III) tăng từ thông lên gấp đôi trong 0,2s. (IV) tăng từ thông lên gấp ba trong 0,3s

A. (I); (II) B. (II); (III) C. (I); (III) D. (III); (IV)

Đáp án