Lý thuyết về suất điện động cảm ứng, định luật Faraday, định luật Len-xơ

Vy – 18/01/2022

Suất điện động cảm ứng là một trong những kiến thức quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 11. Khi nắm vững kiến thức này và các định luật liên quan, các bài tập về điện sẽ trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Trong bài viết dưới đây, Team Marathon Education đã tổng hợp lý thuyết và những kiến thức cơ bản về suất điện động cảm ứng, định luật Faraday và định luật Len-xơ giúp các em ghi nhớ dễ dàng hơn.

This Post: Lý thuyết về suất điện động cảm ứng, định luật Faraday, định luật Len-xơ

Suất điện động cảm ứng là gì?

Trong mạch điện kín (ký hiệu là C), suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng. Suất điện động cảm ứng trong vật lý ký hiệu là ec, đơn vị tính là vôn (V). 

Nội dung định luật Faraday

Định luật Faraday về suất điện động cảm ứng (Nguồn: Internet)

Một mạch kín (C) với từ trường không đổi có sự thay đổi của dòng điện khiến từ thông qua mạch biến thiên một đại lượng ∆Φ trong khoảng thời gian ∆t. Trong trường hợp này:

• Lực tương tác tác dụng lên mạch (C) sinh ra một công ∆A. Công thức: ∆A = i∆Φ (i là cường độ dòng điện cảm ứng).
• Dựa trên định luật Len-xơ, để gây biến thiên từ thông trong mạch, công ngoại lực sinh ra sẽ là ∆A’ = -∆A = -i∆Φ (1).
• Công “∆A’” có độ lớn bằng phần năng lượng do bên ngoài cung cấp cho mạch (C) và được chuyển hóa thành điện năng của suất điện động cảm ứng ec là: ∆A’ ’ = eci∆t (2).

Kết hợp 2 phương trình (1) và (2), công thức tính suất điện động cảm ứng là:

ec = -∆Φ ∆t (3)

Nếu chỉ xét độ lớn thì |ec| = |∆Φ ∆t|

Từ các công thức nêu trên, định luật Faraday có thể được hiểu là: Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất hiện trong một mạch kín bất kì thì tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông sinh ra trong mạch kín đó.

Quan hệ giữa định luật Len-xơ và suất điện động cảm ứng

Quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ (Nguồn: Internet)

RED : What is company culture?

Trong trường hợp này, trước tiên các em cần phải định hướng mạch kín (C). Sau đó, các em căn cứ vào chiều pháp tuyến dương để tính từ thông Φ qua mạch kín (C) (Φ là một đại lượng đại số).

• Trong trường hợp Φ tăng thì ec < 0. Khi đó, chiều của suất điện động cảm ứng ngược chiều với chiều của mạch (C).
• Ngược lại nếu giảm Φ giảm thì ec > 0. Khi đó, chiều của suất điện động cảm ứng cùng chiều với chiều của mạch (C).

Sự chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ

Giả sử ta có mạch kín với từ trường không đổi, nếu muốn tạo ra sự biến thiên từ thông thì cần phải có một ngoại lực tác dụng vào mạch tạo nên sự dịch chuyển trong mạch. Khi đó, ngoại lực này sẽ sinh ra một công cơ học. Lúc này, công cơ học từ ngoại lực này đã tạo nên sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch hay nói cách khác là tạo ra điện năng. Trong thí nghiệm này sự chuyển hóa năng lượng là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

>>> Xem thêm: Hiện Tượng Cảm Ứng Điện Từ Là Gì? Lý Thuyết Về Cảm Ứng Điện Từ

Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ

• Máy phát điện một chiều

Máy phát điện một chiều (Nguồn: Internet)

• Máy phát điện xoay chiều

Máy phát điện xoay chiều (Nguồn: Internet)

Bài tập vận dụng

Bài tập 1: Một mạch kín hình vuông, cạnh 10 cm , đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của từ trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng i = 2 A và điện trở của mạch r = 5 Ω.

Lời giải:

\begin{aligned}
& \text{Ta có:}
\\
& e_c = ri = 5.2 = 10 V
\\
& e_c = |\frac{ΔΦ}{Δt}| = \frac{ΔB}{Δt}.S
\\
⇔\ &\frac{ΔB}{Δt} = \frac{e_c}{S} = \frac{10}{0,1^2} = 10^3 \ T/s
\end{aligned}

Bài tập 2: Một khung dây dẫn hình vuông, cạnh a = 10 cm, đặt cố định trong một từ trường đều có vec tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thời gian = 0,05 s cho độ lớn của tăng đều từ 0 đến 0,5 T. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.

Lời giải:

\begin{aligned}
& \text{Ta có:}
\\
& ΔΦ = ΔBS = ΔBa^2
\\
& |e_c| = |\frac{ΔΦ}{Δt}| = \frac{0,5}{0,05}.0,1^2 = 0,1 \ V
\end{aligned}

Bài tập 3. Một khung dây phẳng diện tích 20 cm2, gồm 10 vòng được đặt trong từ trường đều. Véc tơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng khung dây góc 30o và có độ lớn bằng 2.10−4T. Người ta làm cho từ trường giảm đều đến 0 trong thời gian 0,01 s. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi.

Lời giải:

\begin{aligned}
& \text{Ta có:}
\\
& Φ_1 = NBScosα = 10.2.10^{-4}.20.cos(90^o-30^o) = 2.10^{-6} \ V
\\
&Φ_2 = 0
\\
⟹\ & ΔΦ = Φ_1 - Φ_2 = 2.10^{-6} \ V
\\
&|e_c| = |\frac{ΔΦ}{Δt}| = \frac{2.10^{-6}}{0,01} = 2.10^{-4} \ V
\end{aligned}

RED : Rope and Anchor Restaurant Kitchen + Bar | Waterfront Views

Bài tập 4: Một mạch kín tròn (C) bán kính R, đặt trong từ trường đều, trong đó vectơ cảm ứng từ B lúc đầu có hướng song song với mặt phẳng chứa (C) (hình 24.4). Cho (C) quay đều xung quanh trục Δ cố định đi qua tâm của (C) và nằm trong mặt phẳng chứa (C); tốc độ quay là ω không đổi. Xác định suất điện động cảm ứng cực đại xuất hiện trong (C).

Lời giải:

\begin{aligned}
& \small \text{Trong mạch (C), xuất điện động cảm ứng: } e_C = \frac{ΔΦ}{Δt} = -Φ'(t) \text{ (khi Δt rất nhỏ)}
\\
& \small Φ(t) = B.S.cosα = B.S.cos(ωt + φ)
\\
& \small \text{Φ là góc hợp bởi véctơ pháp tuyến khung dây n và cảm ứng từ B tại thời điểm ban đầu khi t = 0.}
\\
& \small \text{Lúc đó } e_C = -Φ'(t) = N.B.S.ω.sin(ωt + φ)
\\
& \small \implies (e_C)_{max} = B.S.ω = B.ω.π.R^2
\end{aligned}

Học livestream trực tuyến Toán – Lý – Hóa – Văn – Anh – Sinh bứt phá điểm số 2022 – 2023 tại Marathon Education

Marathon Education là nền tảng học livestream trực tuyến Toán – Lý – Hóa – Văn – Anh – Sinh uy tín và chất lượng hàng đầu Việt Nam dành cho học sinh từ lớp 8 đến lớp 12. Với nội dung chương trình giảng dạy bám sát chương trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo, Marathon Education sẽ giúp các em lấy lại căn bản, bứt phá điểm số và nâng cao thành tích học tập.

Tại Marathon, các em sẽ được giảng dạy bởi các thầy cô thuộc TOP 1% giáo viên dạy giỏi toàn quốc. Các thầy cô đều có học vị từ Thạc Sĩ trở lên với hơn 10 năm kinh nghiệm giảng dạy và có nhiều thành tích xuất sắc trong giáo dục. Bằng phương pháp dạy sáng tạo, gần gũi, các thầy cô sẽ giúp các em tiếp thu kiến thức một cách nhanh chóng và dễ dàng.

Marathon Education còn có đội ngũ cố vấn học tập chuyên môn luôn theo sát quá trình học tập của các em, hỗ trợ các em giải đáp mọi thắc mắc trong quá trình học tập và cá nhân hóa lộ trình học tập của mình.

Với ứng dụng tích hợp thông tin dữ liệu cùng nền tảng công nghệ, mỗi lớp học của Marathon Education luôn đảm bảo đường truyền ổn định chống giật/lag tối đa với chất lượng hình ảnh và âm thanh tốt nhất.

Nhờ nền tảng học livestream trực tuyến mô phỏng lớp học offline, các em có thể tương tác trực tiếp với giáo viên dễ dàng như khi học tại trường.

Khi trở thành học viên tại Marathon Education, các em còn nhận được các sổ tay Toán – Lý – Hóa “siêu xịn” tổng hợp toàn bộ công thức và nội dung môn học được biên soạn chi tiết, kỹ lưỡng và chỉn chu giúp các em học tập và ghi nhớ kiến thức dễ dàng hơn.

Marathon Education cam kết đầu ra 8+ hoặc ít nhất tăng 3 điểm cho học viên. Nếu không đạt điểm số như cam kết, Marathon sẽ hoàn trả các em 100% học phí. Các em hãy nhanh tay đăng ký học livestream trực tuyến Toán – Lý – Hóa – Văn lớp 8 – lớp 12 năm học 2022 – 2023 tại Marathon Education ngay hôm nay để được hưởng mức học phí siêu ưu đãi lên đến 39% giảm từ 699K chỉ còn 399K.

Các khóa học online tại Marathon Education

Trên đây là những lý thuyết cơ bản về suất điện động cảm ứng, mối quan hệ với định luật Len-xơ và định luật Faraday mà Team Marathon đã tổng hợp và chia sẻ. Hy vọng bài viết sẽ giúp các em vận dụng kiến thức này vào các bài tập tốt hơn. Hãy thường xuyên theo dõi Marathon Education để học tập thật nhiều kiến thức Toán – Lý – Hóa cấp 3 các em nhé!