Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 5: Hiện tượng cảm ứng điện từ - Đỗ Ngọc Uấn

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 5: Hiện tượng cảm ứng điện từ - Đỗ Ngọc Uấn

1. Bμi giảng Vật lý đại c−ơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Tr−ờng ĐH Bách khoa Hμ nội
2. Ch−ơng 5 Hiện t−ợngcảmứngđiệntừ
3. 1831 Faraday: Từ thông qua mạch thay đổi -> xuất hiện dòng cảm ứng trong mạch 1. Các định luật về hiện t−ợng cảm ứng điện từ 1.1.Thí nghiệm Faraday: N N •Đ−a nam châm lại gần hơn hoặc xa hơn B B đều xuất hiện dòng cảm ứng. • Chiều của dòng 2 lần ng−ợc nhau. I I • Nam châm dừng lại B↑ C B↓ C dòng cảm ứng =0.
4. 1.2 Định luật Lenx Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ tr−ờng do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó Quán tính của mạch điện 1.3 Định luật cơ bản của hiện t−ợng cảm ứng điện từ: dt -> dΦm ->IC Công của từ lực tác nr dụng lên dòng cảm ứng: Φm dA=ICdΦm lμ Công cản
5. Công để dịch chuyển vòng dây: dA’=-dA=-ICdΦm Năng l−ợng của dòng cảm ứng: dW=εCIC.dt -> ε I .dt = -I dΦ C C C m dΦ m εC = − Φm= 1V.1s=1Wb (vêbe) dt SĐĐcảmứngluônbằngvềgíatrịnh−ng ng−ợc dấu với tốc độ biến thiên của từ thông gửi qua mạch Dấu - lμ mặt toán học của ĐL Lenx Φm->0 trong Δt -> Φm= εC Δt
6. Vêbe lμ từ thông gây ra trong vòng dây dẫn bao quanh nó một SĐĐCƯ 1V khi từ thông đó giảm đều ->0 trong 1 giây 1.3. Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều r ϕ = ωt + α góc giữanr & B B N r B nr ΦNBSm = cos(ω + α ) t dΦ ε == − NBSm ω ω sin( + ) t α C dt εmax = NBSω εC = εmaxsin(ω + tα ) N lμ số vòng của khung dây
7. 1.4. Dòng Fucô • Dòng xoáy do từ thông của điện tr−ờng xoay chiều • Tác hại: nóng máy, tiêu tốn năng l−ợng IF=εC/R ->Tăng R (lá mỏng)->giảm I •Lợi: Nấu KL, Hãm điện kế, lò vi sóng ~ ~
8. 2. Hiện t−ợngtựcảm N chỉphátsángở 2.1. Thí nghiệm U≥70V Đ R Mạch I: Đèn Đ sáng, tối bình th−ờng khi bật, tắt K N K Mạch II: Đóng K đèn Đ sáng từ từ, ngắt K -> N vụt sáng 12V Mạch I Đ L Giải thích: Bật K, I↑. => Φm qua L ↑, N => dòng tự cảm trong mạch K chống lại việc I↑ 12V => cuộn L tích năng l−ợng từ . Mạch II
9. Ngắt K, I↓, => Φm qua L ↓ => Suất điện động tự cảm εtc > 70 V xuất hiện trongcuộndâylμm đèn N vụt sáng. => dòng tự cảm trong mạch chống lại việc I↓ => cuộn L giải phóng năng l−ợng từ .
10. 2.2. Suất điện động tự cảm Từ thông Φm do chính cuộn L gây ra gửi qua cuộn dây của L dΦ ε = − m Φ ~ I Φ =LI L hệ số tự cảm tC dt m m dI ε =L − tC dt Trong mạch điện đứng yên & không thay đổi hình dạng SĐĐ tự cảm tỷ lệ nh−ng trái dấu với tốc độ biến thiên dòng điện trong mạch
11. Φ Hệ số tự cảm L = m I=1->L=Φ I m Hệ số tự cảm của một mạch lμ đại l−ợng VL có giá trị bằng từ thông do chính nó gửi qua diện tích của nó khi c−ờng độ dòng trong mạch bằng 1đv εtc~L -> L lμ số đo mức độ quán tính của mạch điện 1 Wb 1 H= 1 A Henry lμ hệ số tự cảm của một mạch điện kín khi có dòng 1A chạy qua thì sinh ra trong chân không một từ thông 1Wb gửi qua diện tích của mạch đó
12. Hệ số tự cảm ủac một ống dây: n, l ,S n S l 2 n Φm n =B μ0 μ n 0 =I 0 μI μ L = = μ0 μ S l I l n2 3 6 Φ =m BnS =0 μSI μ 1H=10 mH=10 μH l 3. Hiệu ứng bề mặt: Dòng cao tần hỉc chạy trên bề mặt của dây dẫn
13. I itc itc t r I r B B Trong 1/4 chu kì đầu dòng I tăng, từ thông qua dây dẫn tăng -> sinh dòng itc có chiềur sao cho từ tr−ờng của nó chống lại -> Bề Bmặt↑ dòng tăng , trong Lõi dòng giảm Trong 1/4 chu kì tiếp I giảm, từ thông qua dây giảm -> sinh dòng itc có chiều sao cho từ tr−ờng của nó chống lại sự giảm của từ thông dòng mặt giảm mạnh , I lõi giảm yếu hơn
14. -> Bề mặt dòng giảm mạnh hơn , Lõi giảm chậm hơn Dòng bề mặt đ−ợc tăng c−ờng, dòng lõi suygiảm: tầnsố105Hz chỉ còn dòng mặt (lớp sâu 2mm). ứng dụng: Tôi bề mặt, ống U~ dẫn sóng, dây nhiều sợi
15. 4. Năng l−ợng từ tr−ờng L I I ε tc i ε K tt Đóng K Ngắt K giải 12V nạp Wm phóng Wm di 2 ε + εtc = Ri εidt = L idt + Ri dt di dt ε − L = Ri dW=dWm+dWnhịêt dt dWm = Lidi
16. I 1 W= Lidi = LI2 m ∫ 0 2 gl n ă ộn tđ ậ−ợng M từ tr−ờng: Xét ăngn l−ợng của ống dây 1 1 n2 S LI2 (μμ )I2 W 0 1 n 2 ϖ =m 2 = 2 l 2 m = = μμ0 2 I V V lS 2 l 2 n 1B 1 1 2 =B μμ0 I ϖm = =BH = μ0 H μ l 2μ0 μ 2 2 1 W= ϖdV = BHdV m ∫m ∫ V 2 V