BÀI 18. ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

KHỞI ĐỘNG

Sạc điện không dây ngày càng được sử dụng rộng rãi để sạc điện thoại, đồng hồ thông minh, máy hút bụi,…Sạc điện thoại hoạt động dựa trên hiện tượng nào để truyền điện từ nguồn điện đến điện thoại?

Giải nhanh:

Sạc điện thoại hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ để truyền điện từ nguồn điện đến điện thoại.

I. MÁY BIẾN ÁP

Hoạt động 1: Dựa vào biểu thức suất điện động cảm ứng của định luật Faraday: 

Hãy chứng tỏ mối liên hệ sau:  

Trong đó, U₁ và U₂ lần lượt là điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thức cấp; với N₁ và N₂ lần lượt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

Giải nhanh:

mà tỉ số  không thay đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng:

Điện trở thuần của cuộn sơ cấp rất nhỏ nên U₁ = E₁, khi mạch thứ cấp hở nên U₂ = E₂.

Từ những điều trên ta có được: .

Hoạt động 2: Giải thích nguyên nhân xuất hiện điện áp u₂ ở hai đầu cuộn thứ cấp.

Giải nhanh:

Nguyên nhân xuất hiện điện áp u₂ ở hai đầu cuộn thứ cấp vì: 

- Ngoài ra còn phụ thuộc vào số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, tần số của dòng điện xoay chiều, chất liệu lõi sắt.

II. ĐÀN GHI TA ĐIỆN

Câu hỏi 1: Trong Hình 18.4, khi gảy dây đàn (3) thì nó dao động. Khi đó, từ trường của đoạn dây đàn (3) gây ra sự biến thiên từ thông qua cuộn dây cảm ứng (2) như thế nào?

Giải nhanh:

-  Khi dây đàn dao động:

+ Dây đàn dao động sẽ tạo ra một từ trường biến thiên theo thời gian.

+ Từ trường này có phương vuông góc với mặt phẳng dao động của dây đàn.

+ Biên độ của từ trường biến thiên phụ thuộc vào biên độ dao động của dây đàn.

+ Tần số của từ trường biến thiên bằng tần số dao động của dây đàn.

- Từ trường của dây đàn (3) gây ra sự biến thiên từ thông qua cuộn dây cảm ứng (2):

+ Do từ trường của dây đàn biến thiên theo thời gian nên từ thông qua cuộn dây cảm ứng (2) cũng biến thiên theo thời gian.

Theo định luật Faraday, sự biến thiên từ thông qua cuộn dây (2) sẽ sinh ra suất điện thông cảm ứng trong cuộn dây. Suất điện động cảm ứng có chiều và độ lớn phụ thuộc vào tốc độ biến thiên từ thông, số vòng dây của cuộn dây và hướng tương đối giữa từ trường và cuộn dây.

Hoạt động 1: Tại sao dây đàn ghi ta điện cần làm bằng thép?

Giải nhanh:

- Từ tính: Thép có tính từ cao, giúp tạo ra tín hiệu mạnh hơn khi rung động trong từ trường của pickup. Dây làm bằng vật liệu khác như nickel hoặc nylon có từ tính thấp hơn, dẫn đến tín hiệu yếu hơn và âm thanh kém vang hơn.

- Độ bền: Thép có độ bền cao, chịu được lực căng và rung động mạnh khi chơi đàn. Dây làm bằng vật liệu khác có thể dễ bị đứt hoặc dão hơn, đặc biệt khi chơi với cường độ cao.

- Độ ngân: Thép có độ ngân dài hơn so với các vật liệu khác. Độ ngân dài giúp tạo ra âm thanh du dương và mượt mà hơn.

Hoạt động 2: Vì sao đàn ghi ta điện có cấu tạo đặc và không có hộp cộng hưởng mà ta vẫn nghe được âm thanh phát ra từ dây đàn?

Giải nhanh:

Nguyên lý hoạt động: Đàn guitar điện hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ. Khi gảy dây đàn, dao động của dây sẽ tạo ra từ trường biến thiên. Từ trường này sẽ cắt ngang các vòng dây của pickup, tạo ra suất điện động cảm ứng. Suất điện động này được khuếch đại bởi amplifier và biến thành âm thanh mà ta nghe được.

Cấu tạo đặc: Đàn guitar điện có cấu tạo đặc vì không cần hộp cộng hưởng để khuếch đại âm thanh. Âm thanh được khuếch đại bởi amplifier nên không cần hộp cộng hưởng.

Hoạt động 3: Vận dụng biểu thức về suất điện động cảm ứng:

Hãy giải thích vì sao khi gảy dây đàn mạnh hoặc nhẹ thì độ to của âm thay đổi tương ứng.

Giải nhanh:

Khi gảy dây đàn mạnh hoặc nhẹ thì độ to của âm thay đổi tương ứng vì:

- Khi gảy dây đàn mạnh, biên độ dao động của dây đàn lớn hơn.

- Biên độ dao động lớn hơn dẫn đến từ thông qua cuộn dây biến thiên nhanh hơn.

- Theo biểu thức: ( tốc độ biến thiên từ thông) lớn hơn sẽ dẫn đến e (suất điện động cảm ứng) lớn hơn.

- Mà suất điện động cảm ứng lớn hơn tương ứng với tín hiệu âm thanh cũng lớn hơn, dẫn đến âm thanh to hơn.

- Ngược lại khi gảy dây đàn nhẹ thì biên độ dao động của dây đàn nhỏ hơn thì từ đó ( tốc độ biến thiên từ thông) nhỏ hơn sẽ dẫn đến e (suất điện động cảm ứng) nhỏ hơn, có được âm thanh nhỏ hơn.

Câu hỏi 2: Nêu một số ứng dụng đơn giản khác của hiện tượng cảm ứng điện từ trong cuộc sống.

Giải nhanh:

- Bếp từ: Bếp từ sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để tạo ra nhiệt.Khi đặt nồi nấu lên bếp, dòng điện chạy qua cuộn dây dưới mặt bếp sẽ tạo ra từ trường. Từ trường này sẽ sinh ra dòng điện Foucault trong nồi nấu, làm nóng nồi và thức ăn.

- Máy biến áp: Máy biến áp sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để thay đổi điện áp của dòng điện. Cuộn dây sơ cấp của máy biến áp được nối với nguồn điện. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây sơ cấp, nó sẽ tạo ra từ trường. Từ trường này sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp. Tỷ số điện áp giữa cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp bằng tỷ số vòng dây giữa hai cuộn dây.

Em có thể : Vận dụng định luật Faraday và định luật Lenz để giải thích được một số ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện tử trong cuộc sống như phanh điện từ, bếp từ, sạc điện thoại không dây,…

Giải nhanh:

Phanh điện từ có nguyên lý là: Dựa trên định luật Faraday, sự biến thiên từ thông qua cuộn dây sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng. Khi bánh xe quay, nó sẽ tạo ra từ trường biến thiên qua cuộn dây của phanh điện từ. Suất điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây sẽ tạo ra dòng điện. Dòng điện này sẽ đi qua cuộn dây tạo ra lực từ tác dụng lên bánh xe, làm giảm tốc độ quay của bánh xe.