BÀI 3. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Mở đầu: Dòng điện tạo ra từ trường ở không gian xung quanh nó. Từ trường có gây ra dòng điện được không?

Giải nhanh:

Mỗi khi từ thông qua mặt giới hạn bởi mạch điện kín biến thiên theo thời gian thì trong mạch xuất hiện dòng điện.

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

I. TỪ THÔNG

Câu 1: Một vòng dây dẫn phẳng có diện tích 0,10 m² được đặt vuông góc với từ trường có độ lớn cảm ứng từ là 2,0.10^-3 T. Tính từ thông qua vòng dây này.

Giải nhanh:

Φ = NBS. cosα. 

Do đó Φ = NBS. cosα  = 1.2,0.10^-3. 0,10.cos0 = 2,0.10^-4 Wb.

II. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Câu 2: Lập phương án và thực hiện phương án thí nghiệm minh hoạ được hiện tượng cảm ứng điện từ với các dụng cụ thực hành ở trường của bạn.

Giải nhanh:

Một điện kế có vạch số 0 ở giữa được mắc vào hai đầu một ống dây tạo thành mạch kín (Hình 3.2)

- Đưa cực bắc của nam châm lại gần ống dây thì kim của điện kế bị lệch đi (Hình 3.3a

– Khi nam châm đứng yên, kim điện kế quay lại vị trí vạch - số 0. Điều này chứng tỏ trong mạch không có dòng điện.

– Đưa cực bắc của nam châm ra xa ống dây thì kim của điện kế bị lệch theo chiều ngược lại (Hình 3.3b). Điều này chứng tỏ dòng điện đổi chiều.

– Tương tự như vậy, nếu cho nam châm đứng yên và dịch chuyển ống dây lại gần hay ra xa nam châm thì trong ống dây cũng xuất hiện dòng điện.

Câu 3: Ở thí nghiệm (Hình 3.3), từ thông qua ống dây biến thiên như thế nào trong hai trường hợp sau đây?

- Khi đưa cực bắc của nam châm lại gần ống dây.

- Khi đưa cực bắc của nam châm ra xa ống dây.

Giải nhanh:

Khi đưa cực bắc của nam châm lại gần ống dây, mật độ đường sức qua diện tích các vòng dây sẽ tăng dẫn tới từ thông qua ống dây cũng sẽ tăng.

Khi đưa cực Bắc của nam châm ra xa ống dây, mật độ đường sức qua diện tích các vòng dây sẽ giảm do đó từ thông qua ống dây sẽ giảm.

Câu 4: Nêu điểm giống và khác nhau giữa thí nghiệm ở Hình 3.3 và thí nghiệm ở Hình 3.4.

Giải nhanh:

Câu 5: Ở thí nghiệm Hình 3.6, nếu đưa cực của nam châm của nam châm lại gần đầu 1 của ống dây thì đầu 1 là cực nào của ống dây?

Giải nhanh:

Khi đưa nam châm lại gần ống dây, độ lớn của từ thông qua ống dây tăng và từ trường của dòng điện cảm ứng trong ống dây ngược chiều với từ trường của nam châm, độ lớn của từ thông qua ống dây tăng nên sinh ra từ trường cảm ứng trong ống dây chống lại sự tăng đó. Do vậy, chiều dòng điện trong ống dây như hình vẽ 36.a (hướng lên), sử dụng quy tắc bàn tay phải, ta được đầu dây 1 là cực bắc.

Luyện tập 1: Khung dây MNPQ quay trong từ trường đều. Tìm chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây tại thời điểm mặt phẳng khung dây song song với phương của đường sức từ (Hình 3.7).

Giải nhanh:

Dựa vào chiều quay của khung dây (mũi tên màu đỏ) và hướng của cảm ứng từ (đường màu xanh) sử dụng quy tắc bàn tay trái xác định được chiều của dòng điện chạy theo chiều NMQP. Tuy nhiên đây là dòng điện cảm ứng sinh ra do hiện tượng cảm ứng điện từ nên chiều dòng điện sẽ ngược lại có chiều MNPQ.

III. VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT LENZ VÀ ĐỊNH LUẬT FARADAY

IV. GIẢI THÍCH MỘT SỐ ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Câu 6: Nếu thay đĩa kim loại đặc trong Hình 3.11 bằng đĩa có xẻ rãnh (Hình 3.12) thì dao động sẽ diễn ra lâu hơn. Giải thích tại sao.

Giải nhanh:

Khi đĩa đi vào từ trường, nó cắt các đường sức từ và do đó trong đĩa xuất hiện suất điện động cảm ứng. Vì đĩa là chất dẫn điện nên suất điện động cảm ứng tạo ra dòng điện trong đĩa. Tấm kim loại xẻ rãnh dao động lâu hơn, vì khi đó điện trở của tấm kim loại đối với dòng Fu-cô tăng, làm cho cường độ dòng Fu-cô giảm.

Luyện tập 2: Hình 3.13 mô tả sơ lược sơ đồ nguyên lý hoạt động của một loại đàn ghita điện.

Phía dưới mỗi dây đàn có một nam châm được đặt bên trong một cuộn dây dẫn. Cuộn dây dẫn được nối với máy tăng âm.

Đoạn dây đàn ở sát bên trên nam châm bị từ hoá. Khi gảy đàn thì trong cuộn dây có dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng này được biến đổi qua máy tăng âm và loa làm ta nghe được âm do dây đàn phát ra.

Giải thích vì sao khi gây đàn thì trong cuộn dây có dòng điện cảm ứng.

Giải nhanh:

hi gảy đàn, đoạn dây gần nam châm bị nhiễm từ dao động và tạo ra sự biến thiên từ thông qua cuộn dây của bộ cảm ứng, từ đó tạo ra một suất điện động cảm ứng. Tín hiệu điện được đưa đến một bộ khuếch đại và loa, tạo ra sóng âm thanh mà chúng ta nghe được.

Câu 7: Tại sao lõi biến áp như Hình 3.14 lại làm giảm được cường độ dòng điện xoáy trong nó?

Giải nhanh:

Để giảm tác hại của dòng điện xoáy, người ta không dùng lõi sắt dạng khối liền, mà dùng những lá thép silicon mỏng có phủ lớp sơn cách điện ghép sát với nhau (Hình 3.14). Ngoài ra, những lá mỏng này lại được đặt song song với đường sức từ. Bằng cách đó, tuy không loại bỏ được hoàn toàn dòng điện xoáy, nhưng làm giảm được cường độ của nó một cách đáng kể.

V. MÔ HÌNH SÓNG ĐIỆN TỪ

Câu 8: Từ lớp 11, bạn đã biết, trong vùng không gian bao quanh một điện tích có điện trường. Liệu quanh điện tích đó có cả điện trường và từ trường không?

Giải nhanh:

Như đã biết, bao quanh một điện tích đứng yên chỉ có điện trường, không có từ trường.

Xung quanh điện tích chuyển động có điện trường và từ trường.

Câu 9: Sóng điện từ là gì?

Hãy lấy ví dụ về công cụ có thể thu và phát sóng điện từ thường được dùng trong cuộc sống.

Giải nhanh:

Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian, trong đó các trường điện và từ trường dao động vuông góc với nhau và lan truyền theo phương vuông góc với phương của điện trường và từ trường. 

Ví dụ về công cụ có thể thu và phát sóng điện từ thường được sử dụng trong cuộc sống là radio. Radio có thể thu sóng điện từ từ các trạm phát sóng và chuyển đổi chúng thành âm thanh để người dùng có thể nghe. 

Câu 10: Sử dụng mô hình sóng điện từ, chứng tỏ rằng sóng điện từ lan truyền được trong chân không.

Giải nhanh:

Sóng điện từ là sự lan truyền điện từ trường trong không gian, khi có điện trường xoáy thì từ trường biến thiên, từ trường biến thiên lại sinh ra điện trường xoáy, cứ như thế sự lan truyền được lặp đi lặp lại không cần môi trường vật chất, do đó sóng điện từ truyền được trong chân không.

Vận dụng: Ở hai vị trí A và B cách nhau 1 km có hai nguồn phát sóng điện từ giống hệt nhau. Tín hiệu mà máy thu sóng nhận được có như nhau tại các vị trí khác nhau không? Tại sao?

Giải nhanh:

Tín hiệu mà máy thu sóng nhận được có thể khác nhau tại các vị trí khác nhau (vị trí A và vị trí B) trong trường hợp các nguồn phát sóng điện từ giống hệt nhau. 

+ Tại các vị trí khác nhau như A và B, sự kết hợp của các sóng từ hai nguồn phát có thể dẫn đến sự thay đổi trong tín hiệu thu nhận được.

Do các yếu tố phức tạp như phản xạ và giao thoa sóng, tín hiệu thu nhận được có thể khác nhau tại các vị trí khác nhau (vị trí A và vị trí B) trong trường hợp hai nguồn phát sóng điện từ giống hệt nhau.