Hiện tượng tự cảm là gì? Đơn vị, ký hiệu và công thức tính? Khái niệm này chắc không còn xa lạ gì trong lĩnh vực điện, đặc biệt trong mạch điện xoay chiều. Cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây của chúng minh nhé.

Mục lục bài viết

1 1. Hiện tượng tự cảm được hiểu như thế nào?

1.1 1.1. Định nghĩa về hiện tượng tự cảm:
1.2 1.2. Ví dụ về hiện tượng tự cảm:

2 2. Đơn vị, ký hiệu và công thức tính của hiện tượng tự cảm:

3 3. Hiệu ứng bề mặt:

4 4. Các dạng bài tập suất điện động tự cảm và lời giải:

1. Hiện tượng tự cảm được hiểu như thế nào?

1.1. Định nghĩa về hiện tượng tự cảm:

Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong mạch điện có dòng điện. Ở đó, sự biến đổi của dòng điện trong mạch gây ra sự thay đổi so với thông tin trong mạch.

Đối với mạch điện một chiều, hiện tượng tự cảm sẽ xuất hiện khi chúng ta đóng hoặc ngắt mạch điện. Khi mạch đóng, dòng điện sẽ tăng đột ngột. Phần còn lại khi cắt mạch thì dòng điện sẽ giảm về 0.

Đối với mạch điện xoay chiều luôn có độ tự cảm. Do tăng cường dòng điện xoay chiều liên tục thay đổi theo thời gian.

Hiện tượng tự cảm được áp dụng tự động trong mạch điện xoay chiều. Cuộn cảm là thành phần quan trọng trong các mạch quay có mạch dao động và các máy ứng dụng.

1.2. Ví dụ về hiện tượng tự cảm:

Thí nghiệm 1

Khóa K1 và K2 đóng, K3 mở. Khi đóng phím K, đèn 2 sáng vào ban ngày và đèn 1 sáng chậm hơn đèn 2. Hiện tượng này xảy ra là do:

Khi khóa K đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng đột ngột trong một khoảng thời gian ngắn làm cho từ trường qua cuộn dây tăng tốc, từ thông qua cuộn dây tăng lên.

Trong khoảng thời gian từ tính đi qua cuộn dây, dòng điện cảm ứng được sinh ra theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại với sự tăng cường của từ thông.

Hai điều sẽ làm cho cường độ dòng điện giảm khi đi qua đèn 1, khiến đèn 1 sáng chậm hơn đèn 2.

Thí nghiệm 2

Khóa K1, K3 đóng, K2 mở. Khi rút phím K, đèn số 3 mờ đi để bảo trì rồi tắt ngay. Bởi vì:

Khi khóa K bị ngắt, dòng điện tăng vọt trong thời gian ngắn làm cho từ trường qua cuộn dây L giảm, từ thông qua cuộn dây L thay đổi giảm.

Từ thông qua cuộn dây L dao động sinh ra một dòng điện cảm ứng chạy qua cuộn dây theo chiều ngược lại sự giảm đó, sinh ra dòng điện cảm ứng này qua đèn 3 làm cho đèn 3 sáng lên.

Sau thời gian ngắt mạch không có sự biến đổi từ thông làm mất đi dòng điện cảm ứng khiến đèn dịch vụ thứ 3 tắt.

2. Đơn vị, ký hiệu và công thức tính của hiện tượng tự cảm:

Hệ số tự cảm

Từ thông: Φ = Li. Với L là hệ số tự cảm.

Trong thí nghiệm về hiện tượng tự cảm, người ta sử dụng một cuộn dây được gọi là cuộn cảm, L sẽ được gọi là hệ số tự cảm của cuộn dây.

Khi đó hệ số tự cảm của ống dây hình trụ gồm N vòng dây:

Trong đó:

L: hệ số tự cảm cuộn ống

n: số vòng dây trên một đơn vị chiều dài của ống (n = N/l)

l: chiều dài ống dây (m)

S: tiết diện của ống dây (m2)

Đơn vị của hệ số tự cảm: Henri (H)

Suất điện động tự cảm

Suất điện động gây nên dòng điện tự cảm được gọi là suất điện động tự cảm. Theo định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ, biểu thức của suất điện động tự cảm là:

Trong đó:

etc : suất điện động tự cảm

L: hệ số tự cảm

∆i: Độ biến thiên cường độ dòng điện (A)

∆t: Thời gian biến thiên cường độ dòng điện (s)

Δi/Δt: tốc độ biến thiên cường độ dòng điện (A/s)

Dấu “-“ giống như công thức tính suất điện động cảm ứng theo định luật Faraday chỉ chiều dòng điện cảm ứng tuân theo định luật Lenxơ.

Về mặt độ lớn, suất điện động tự cảm được tính theo biểu thức.

3. Hiệu ứng bề mặt:

Việc Hiện tượng tự cảm không xảy ra ngay lập tức trong dây dẫn có dòng điện thay đổi.

Có một thí nghiệm đã cho mọi người thấy rằng: khi chọn đường dây điện cao tần chạy qua dây dẫn sẽ xảy ra hiện tượng tự cảm. Dòng điện đó hầu như không chạy trong dây mà chỉ chạy ở lớp ngoài của nó. Và kết quả này được đặt tên là kết quả da.

Để đề xuất giải pháp cho hiện tượng này, vui lòng quan sát hình sau:

Ví dụ, dòng điện tần số cao chạy từ dưới lên trên, gây nguy hiểm cho dây dẫn của từ trường với các đường cường độ tác dụng cùng hướng như trong hình. Sự biến thiên của dòng điện từ cũng gây ra những thay đổi. Nếu việc kiểm tra bất kỳ khía cạnh nào chứa giá trị đúng hạn của dây thì thông tin được gửi qua chi tiết đó cũng có thể khác nhau. Vì vậy, trong phần hiển thị chi tiết, bản thân dòng điện có cảm giác chặt chẽ như dòng điện ic trên màn hình.

Như vậy, khi đường dây điện cao tần tăng lên, các đường dây điện sẽ tự động xuất hiện trong dây dẫn chống lại sự tăng cường của phần dây tần số cao chạy trong dây của dây và tạo điều kiện cho phần dây tăng tốc. điện tần số cao trên bề mặt của dây đó. Nói cách khác, đường dây điện cao tần dường như chỉ chạy ở lớp bề mặt của dây dẫn.

Trong trường hợp tần số cao giảm (Hình b), kết quả tương tự cũng được chứng minh.

Một ứng dụng quan trọng trong xây dựng của hiệu ứng bề mặt là làm cứng kim loại ở lớp ngoài, áp dụng cho các chi tiết máy như mép trục máy, bánh răng có rãnh, v.v. với kỹ thuật lớp ngoài rất cứng nhưng bên trong có độ cứng mềm phù hợp.

4. Các dạng bài tập suất điện động tự cảm và lời giải:

Câu 1: Cho một ống dây có chiều dài 1,5m gồm 1200 vòng dây, ống dây có đường kính là 60cm. Hãy tinh độ tự cảm của ống dây và suất điện động tự cảm của ống dây khi cho dòng điện chạy trong ống dây, biết dòng điện tăng từ 0A đến 5A trong 1s? (chọn đáp án gần đúng nhất).

A. –1,7V

B. 1,7V

C. –0,7V

D. 0,7V

Chọn đáp án A

Câu 2: Một ống dây hình trụ dài 50cm gồm 140 vòng dây, diện tích mỗi vòng dây là 160cm2. Hãy cho biết độ tự cảm của ống dây khi đặt trong không khí là:

A. L = 5,88.10–4 H

B. L = 6,88.10–4 H

C. L = 7,88.10–4 H

D. L = 8,88.10–4 H

Chọn đáp án C

Câu 3: Một cuộn cảm có L = 3H mắc vào nguồn điện có suất điện động là 4V, điện trở trong không đáng kể, điện trở của cuộn dây cũng không đáng kể. Sau bao lâu kể từ khi nối vào nguồn điện, dòng điện qua cuộn dây tăng đến giá trị 4A? Giả sử cường độ dòng điện tăng đều theo thời gian.

A. t = 3s

B. t = 4s

C. t = 5s

D. t = 5,2s

Chọn đáp án A

Câu 4: Một cuộn cảm có L = 100mH mắc nối tiếp với điện trở R = 20Ω nối với nguồn điện có độ tự cảm 120V, điện trở trong không đáng kể. Xác định tốc độ thay đổi của cường độ dòng điện I tại thời điểm dừng lần thứ nhất ứng với I = 0A?

A. 1150A/s

B. 1175A/s

C. 1200A/s

D. 1225A/s

Chọn đáp án C

Câu 5: Một ống dây dài 1,2m gồm 800 vòng, đường kính 30cm. Xác định độ tự cảm của cuộn dây và điện năng tự động của cuộn dây khi cho dòng điện chạy trong ống dẫn, biết dòng điện tăng từ 0A lên 2A trong 0,3 giây? (chọn câu trả lời đúng gần nhất).

A. 0,3V

B. –0,3V

C. –0,8V

D. 0,8V

Chọn đáp án B

Câu 6: Một ống dài 1,2m gồm 800 vòng, đường kính 30cm. Xác định tốc độ tự động của cuộn dây và công suất tự động của cuộn dây khi có dòng điện chạy qua ống dẫn, biết cường độ dòng điện tăng từ 0A lên 2A trong 0,3 giây? (chọn câu trả lời đúng gần nhất).

A. L = 2,45.10–3 H và t = 1,56.10–3 s

B. L = 2,45.10–3 H và t = 2,56.10–3 s

C. L = 1,45.10–3 H và t = 1,56.10–3 s

D. L = 1,45.10–3 H và t = 2,56.10–3 s

Chọn đáp án D

Câu 7: Một ống dài 1,2m gồm 800 vòng, đường kính 30 cm. Xác định tốc độ tự động của cuộn dây và công suất tự động của cuộn dây khi có đường dây điện chạy qua ống dẫn, biết tốc độ dòng điện tăng từ 0A lên 2A trong 0,3 giây? (chọn câu trả lời đúng gần nhất).

A. 0,07V

B. 0,09V

C. 1,13V

D. 1,07V

Chọn đáp án A

Câu 8: Một cuộn cảm có độ tự cảm L = 2H được mắc vào nguồn điện có động năng 4V, điện trở trong không đáng kể, điện trở của cuộn dây cũng không đáng kể. Sau khi nối nguồn điện bao lâu thì cường độ dòng điện qua cuộn dây tăng đến giá trị 5A? Giả sử cường độ dòng điện tăng đều theo thời gian?

A. t = 2,5s

B. t = 2,8s

C. t = 3s

D. t = 3,2s

Chọn đáp án A

Câu 9: Khi đưa vào lòng ống một vật liệu đo từ µ, đường đầy đủ, tốc độ của nó:

A. Không thay đổi

B. Tăng 2µ lần

C. Giảm µ lần

D. Tăng µ lần

Chọn đáp án D

Câu 10: Một ống dây hình trụ dài 35cm gồm 80 vòng dây, diện tích mỗi vòng dây là 150cm2. Tính tự động của ống dẫn khi đặt vào thiết bị không có: