Dưới đây là bài viết về Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng là gì? Vật lý lớp 9. Bên cạnh lý thuyết về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng là những ứng dụng của nó trong cuộc sống. Hy vọng những kiến thức trong bài viết này đã giúp bạn hiểu hơn về định luật cảm ứng điện từ và cả vai trò quan trọng của nó trong cuộc sống hàng ngày.
Mục lục bài viết
1. Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng là gì?
Dòng điện cảm ứng là một hiện tượng cảm ứng điện từ, khi từ trường sinh ra dòng điện. Hiện tượng này được Michael Faraday khám phá qua thực nghiệm năm 1831. Định nghĩa dòng điện cảm ứng là dòng điện xuất hiện khi từ thông qua mạch biến thiên
Điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng: Khi đưa nam châm lại gần hoặc xa cuộn dây thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây biến thiên.
TH1: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây biến thiên đặt trong từ trường của một nam châm.
TH2: Khi đóng hay ngắt mạch điện, từ trường của nam châm đột ngột xuất hiện hay biến mất. Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây dẫn biến thiên (tăng hoặc giảm). Trong cuộn dây xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Dòng điện cảm ứng có tính chất: Khi từ thông biến đổi theo thời gian thực của một mạch kín trong mạch xuất hiện một dòng điện cảm ứng. Chỉ tồn tại trong thời gian từ thông biến đổi. Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuân với tốc độ biến đổi của từ thông. Vậy chiều dòng điện cảm ứng được xác định như thế nào.
2. Ứng dụng của dòng điện cảm ứng điện từ:
Nó tạo nên một sự thay đổi lớn trong đời sống và nhiều lĩnh vực, khi nó được áp dụng thành công trong các lĩnh vực đó.
Bếp Từ
Bếp từ, một cụm từ đã nói lên nó sử dụng công nghệ gì. Đó là dòng điện cảm ứng điện từ. Nó làm nóng dụng cụ nấu bếp (xoang, chảo…) bằng dòng điện cảm ứng. Một cuộn dây đồng sẽ được đặt dưới một vật liệu cách nhiệt, một dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộn dây đồng này.
Từ trường dao động tạo ra một từ thông liên tục từ hóa nồi, ngay lúc này nồi đóng vai trò như lõi từ của máy biến áp. Điều này đã tạo ra dòng điện xoáy (chúng ta còn gọi là dòng điện Fu-cô) lớn ở trong nồi. Vì có tác dụng của dòng Fu-cô, nồi nấu chịu tác dụng của lực hãm điện từ gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Lenxơ và làm nóng đáy nồi dẫn đến làm nóng thức ăn bên trong.
Đèn huỳnh quang
Các hệ thống chiếu sáng được sử dụng phổ biến nhất trong các tòa nhà thương mại và gia đình chính là hệ thống chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang.
Chấn lưu được sử dụng trong đèn huỳnh quang hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ, tại thời điểm bật đèn, nó tạo ra một điện áp cao trên 2 đầu đèn rồi sau đó phóng điện qua đèn.
Dòng điện qua đèn tạo thành ion tác động lên bột huỳnh quang làm bột huỳnh quang phát sáng (sau khi đèn sáng, điện áp trên 2 đầu đèn giảm đi, dòng điện qua đèn bị hạn chế bởi điện cảm của tăng phô)
Quạt điện
Quạt điện và các hệ thống làm mát khác thì sử dụng động cơ điện. Những động cơ này hoạt động cũng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Trong bất kỳ thiết bị điện nào thì động cơ điện hoạt động bởi từ trường được tạo ra bởi dòng điện theo định lý Lo-ren-xơ (Lorentz). Những động cơ này chỉ khác nhau về chi phí dựa trên ứng dụng và kích thước.
Ngoài ra, còn rất nhiều ứng dụng của định luật cảm ứng điện từ trong thiết bị gia dụng như: lò nướng, chuông cửa, lò vi sóng, máy xay, loa, …
Máy phát điện
Máy phát điện sẽ sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra điện. “Cốt lõi” của máy phát điện là một cuộn dây trong từ trường. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện này đó chính là cuộn dây điện sẽ được quay trong từ trường với tốc độ không đổi và tạo ra điện xoay chiều.
Ngoài sử dụng một cuộn dây quay trong từ trường không đổi, ta có một cách khác để sử dụng cảm ứng điện từ đó chính là giữ cho cuộn dây đứng yên và sau đó làm quay nam châm vĩnh cữu (cung cấp từ trường và từ thông) xung quanh cuộn dây trên.
Tàu điện từ
Đây là một trong những công nghệ hiện đại của các hệ thống giao thông sử dụng định luật cảm ứng điện từ. Tàu đệm từ sử dụng nam châm điện mạnh giúp tăng tốc độ của tàu lên một mức đáng kể
Y học
Ngày nay, trường điện từ đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong các thiết bị y tế tiên tiến như các phương pháp điều trị tăng thân nhiệt trong bệnh ung thư, cấy ghép và chụp cộng hưởng từ (MRI)
3. Giải bài tập về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng:
Câu 1: (Trang 87 SGK Vật Lý 9)
Hãy quan sát xem các đường sức từ ở hình 32.1 SGK xuyên qua tiết diện s của một cuộn dây dẫn biến thiên như thế nào (tăng hay giảm) ở trong những trường hợp sau:
Đưa nam châm lại gần với cuộn dây theo phương vuông góc cùng với tiết diện S của cuộn dây.
Đặt nam châm đứng yên ở trong cuộn dây.
Đưa nam châm ra phía xa cuộn dây theo phương vuông góc cùng với tiết diện S của cuộn dây.
Để nam châm nằm yên và cho cuộn dây chuyển động lại gần với nam châm.
Hướng dẫn giải
– Đưa nam châm lại gần với cuộn dây theo phương vuông góc cùng với tiết diện S của cuộn dây
⇒ Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S tăng lên.
– Đặt nam châm đứng yên ở trong cuộn dây
⇒ Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S không đổi.
– Đưa nam châm ra phía xa cuộn dây theo phương vuông góc cùng với tiết diện S của cuộn dây
⇒ Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S giảm xuống.
– Để nam châm nằm yên và cho cuộn dây chuyển động lại gần với nam châm
⇒ Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S tăng lên.
Câu 2: (Trang 88 SGK Vật Lý 9)
Đối chiếu kết quả của thí nghiệm ở trên với việc khảo sát số lượng đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây, hãy chọn từ ngữ thích hợp điền vào các ô trống của bảng 1?
Hướng dẫn giải:
| Làm thí nghiệm | Có xuất hiện dòng điện cảm ứng hay không? | Số lượng đường sức từ xuyên qua S làm có làm biến đổi hay là không? |
| Đưa nam châm lại gần với cuộn dây | Có dòng điện cảm ứng xuất hiện | Số lượng đường sức từ xuyên qua S làm CÓ làm biến đổi và làm tăng lên |
| Đưa nam châm nằm yên | Không có dòng điện cảm ứng xuất hiện | Số lượng đường sức từ xuyên qua S làm KHÔNG làm biến đổi |
| Đưa nam châm ra ra với cuộn dây | Có dòng điện cảm ứng xuất hiện | Số lượng đường sức từ xuyên qua S làm có làm biến đổi và làm GIẢM XUỐNG |
Câu 3 (Trang 88 SGK Vật Lý 9)
Từ bảng 1 suy ra ở trong điều kiện nào thì dòng điện cảm ứng xuất hiện ở trong cuộn dây dẫn kín.
Hướng dẫn giải
Điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng ở trong cuộn dây dẫn kín là số lượng đường sức từ đi xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đó tăng hoặc giảm( biến thiên).
Câu 4: (Trang 88 SGK Vật Lý 9)
Vận dụng nhận xét ở trên để giải thích tại vì sao trong thí nghiệm tại hình 31.3, khi ngắt hay đóng mạch của nam châm điện thì ở trong cuộn dây dẫn kín sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Hướng dẫn giải chi tiết:
Khi ta đóng mạch điện → Cường độ dòng điện tăng. Điều này làm cho từ trường của nam châm điện mạnh dần lên → Số đường sức từ qua tiết diện S của cuộn dây cũng tăng lên → Xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Khi ta ngắt mạch điện, cường độ điện trường ở trong nam châm điện giảm về 0. Điều này làm cho từ trường của nam châm điện yếu đi → Số đường sức từ qua tiết diện S của cuộn dây cũng giảm xuống → Xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Câu 5: (Trang 89 SGK Vật Lý 9)
Hãy vận dụng kết luận vừa nhận được để giải thích tại sao khi quay núm của đinamô thì đèn của xe đạp lại sáng.
Hướng dẫn giải chi tiết:
Khi quay núm của động cơ định hướng với nam châm cố định, đó có thể là động cơ định hướng từ trường hoặc động cơ quay từ trường, tạo ra một dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn của đinamô.
Khi quay núm, nam châm trong đinamô cũng quay theo và tạo ra một từ trường chuyển động. Khi từ trường này cắt qua dây dẫn trong đinamô, nó tạo ra một điện động trong dây dẫn theo định luật Faraday về điện từ động. Điện động này kích thích electron di chuyển trong dây dẫn, tạo ra dòng điện.
Dòng điện này được điều khiển thông qua các bộ mạch điện tử để cung cấp điện năng cho đèn của xe đạp, khiến đèn sáng. Đinamô, trong trường hợp này, chuyển động cơ cơ học thành năng lượng điện.
Đây là nguyên lý hoạt động cơ bản của đinamô trong xe đạp, nơi chuyển động cơ cơ học được chuyển đổi thành năng lượng điện thông qua việc tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn khi nam châm quay trong từ trường.
Câu 6: (Trang 89 SGK Vật Lý 9)
Hãy giải thích tại sao khi cho nam châm quay như tại hình 31.4 thì ở trong cuộn dây dẫn kín dòng điện cảm ứng lại xuất hiện.
Hướng dẫn giải chi tiết:
Hình 31.4 thường mô tả hiện tượng quay nam châm trong một cuộn dây dẫn. Khi nam châm quay, dòng điện cảm ứng được tạo ra trong cuộn dây dẫn này theo định luật Faraday về điện từ động.
Khi nam châm quay, nó tạo ra một đường sức từ đổi, có thể diễn ra qua việc cắt qua dây dẫn. Khi nam châm quay, đường sức từ tạo ra từ nam châm cũng thay đổi theo thời gian. Khi đó, việc thay đổi này tạo ra một điện động trong cuộn dây dẫn. Điện động này kích thích các electron di chuyển trong dây dẫn, tạo ra dòng điện cảm ứng.
Do đó, khi cho nam châm quay thì số lượng đường sức từ đi qua cuộn dây dẫn kín tăng hoặc giảm (biến thiên), vậy nên trong cuộn dây dẫn kín sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng và làm cho đèn LED sáng lên.
Bài 8: (Trang 72 sách bài tập Vật Lí 9) Một HS nói rằng: “điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một cuộn dây dẫn kín là có chuyển động tương đối giữa nam châm và cuộn dây”. Lời phát biểu đúng hay sai? Vì sao?
Lời giải:
Lời phát biểu trên là sai. Vì điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một cuộn dây dẫn kín là số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đó biến thiên. Do vậy, có trường hợp chuyển động tương đối giữa nam châm và cuộn dây không làm số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây biến thiên nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng.
THAM KHẢO THÊM:
