Theo Định luật Lenzt (Lenxơ), dòng điện cảm ứng:

1. Theo Định luật Lenzt (Lenxơ), dòng điện cảm ứng:

A. xuất hiện khi trong quá trình mạch kín chuyển động luôn có thành phần vận tốc song song với đường sức từ

B. xuất hiện khi trong quá trình mạch kín chuyển động luôn có thành phần vận tốc vuông góc với đường sức từ

C. có chiều sao cho từ trường của nó chống lại nguyên nhân sinh ra nó

D. có chiều sao cho từ trường của nó chống lại nguyên nhân làm mạch điện chuyển động

Đáp án: C

2. Phát biểu định luật len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng:

Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng cho thấy sự hình thành của suất điện động hay điện áp trên một vật dẫn trong trường hợp vật dẫn đó được đặt trong cùng một từ trường biến thiên. Vào năm 1831, chính Michael Faraday đã phát hiện ra hiện tượng này bằng các thực nghiệm nhằm chứng minh từ trường có khả năng sinh ra dòng điện.

Trong cùng thời gian Faraday nghiên cứu về hiện tượng cảm ứng điện từ tại Anh. Thật trùng hợp là cả Heinrich Lenz cũng đang trải qua các thực nghiệm tại trung tâm nghiên cứu Liên Xô. Ngay sau đó, nhà khoa học này đã tìm ra định luật tổng quát về vấn đề trên. Nhờ vậy mà chúng ta có thể xác định được chiều của dòng điện cảm ứng. Sau này lý thuyết này được đặt theo tên của chính ông. Người ta gọi đó là định luật Len-xơ.

Nội dung định luật Len-xơ như sau: Dòng điện cảm ứng phải có chiều mà ở đó từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra đó hay được hiểu là chống lại sự biến thiên của từ thông khi đi qua mạch.

Giải thích về định luật Len-xơ, chúng ta có thể hiểu khi từ thông qua đi qua mạch có xu hướng tăng lên. Từ trường cảm ứng được sinh ra với mục đích chống quá trình gia tăng của từ thông trong mạch. Lúc đó từ trường cảm ứng được xác định ngược chiều với từ trường bên ngoài. Trường hợp khác khi từ thông trong mạch giảm, từ trường cảm ứng có nhiệm vụ chống lại quá trình tụt giảm của từ thông. Do đó, từ trường trong mạch sẽ cùng chiều với từ trường bên ngoài. Đây chính là cách xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch.

3. Công thức của định luật Len-xơ:

Trong công thức để xác định suất điện động cảm ứng, Faraday đã sử dụng đến dấu “-” để giải thích về chiều của dòng điện trong các thực nghiệm của mình. Điều đó cũng hoàn toàn phù hợp với các phát biểu của định luật Len-xơ. Theo đó, 

e = – ΔФ/Δt

Trong đó:

e là cảm ứng điện từ

ΔФ là độ biến thiên của từ thông qua mạch (Dấu – để xác định chiều của dòng điện)

Δt Thời gian từ thông biến thiên khi đi qua mạch

Các nhà khoa học cho rằng định luật Len-xơ phù hợp với một định luật khác đó là bảo toàn năng lượng. Tương đương với điều đó dấu “-” cũng được thể hiện thông qua toán học thông qua phương trình Maxwell.

4. Ứng dụng cảm ứng điện từ trong đời sống:

Nhờ thành quả nghiên cứu về dòng điện cảm ứng của Faraday và Lenz, nhân loại đã cho ra đời những phát minh có tính ứng dụng cao. Điều đó đã góp phần mang đến sự thành công của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật.

Dựa trên nguyên lý của dòng điện cảm ứng rất nhiều thiết bị đã ra đời mang đến sự tiện dụng cho đời sống sinh hoạt của con người. Đầu tiên chính là các thiết bị gia dụng. Những thiết bị nổi bật như điều hòa không khí, đèn điện, quạt điện, bếp từ… Đó đều là các thiết bị hoạt động dựa trên động cơ điện hoạt động trong từ trường, được nảy sinh do dòng điện theo phát biểu của định luật Len-xơ.

Hiện tượng cảm ứng điện từ còn được ứng dụng trong việc sử dụng các nguồn năng lượng để tạo ra máy phát điện. Đây là loại máy có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với hoạt động sống của con người hiện đại. Ngoài ra, hiện tượng này còn được ứng dụng trong lĩnh vực giao thông thông minh như tàu điện từ.

Trong lĩnh vực y học, các loại máy móc công nghệ cao như máy chụp cộng hưởng từ, thiết bị hỗ trợ điều trị tăng thân nhiệt… đều hoạt động dựa trên nguyên lý của dòng điện cảm ứng.

5. Giải bài tập vận dụng định luật Jun – Lenxo trong SGK Vật Lý 9:

Câu 1: Một một bếp điện hoạt động bình thường có điện trở là R = 80Ω và cường độ dòng điện chạy qua bếp khi đó là I = 2,5A

a) Tính nhiệt lượng của bếp tỏa ra trong 1s

b) Dùng bếp điện ở trên để đun sôi 1,5L nước có nhiệt độ ban đầu là 25°C thì thời gian cần để đun sôi nước là 20 phút. Coi rằng nhiệt lượng cung cấp để giúp đun sôi nước là có ích, Hãy tính hiệu suất của bếp. Cho biết c = 4200 J/kg.K là nhiệt dung riêng của nước.

c) Mỗi ngày sẽ sử dụng bếp điện này trong 3 giờ. Tính tiền điện cần phải trả cho việc sử dụng bếp điện đó trong vòng 30 ngày, biết giá 1kWh.h là 700 đồng.

Trả lời

a) Nhiệt lượng bởi bếp tỏa ra trong 1 giây là:

Q = I².R.t = (2,5)².80.1 = 500J

b) Nhiệt lượng cần để có thể đun sôi nước là:

Qích = Qi = m.c.Δt = 1,5.4200.(100°- 25°) = 472500J

– Nhiệt lượng bởi bếp tỏa ra là:

Qtp = I².R.t = (2,5)².80.1200 = 600000J

Hiệu suất của bếp điện là:

H = (Qi/Qtp).100% = (472500/600000).100% = 78,75%

c) Điện năng sử dụng trong vòng 30 ngày là:

A = P.t = I².R.t  = (2,5)² .80.90 = 45000W.h = 45kW.h

Số tiền điện phải trả là:

T = 700.45 = 31500 đồng

Câu 2:

Một ấm điện có ghi là 220V – 1000W được sử dụng với hiệu điện thế U = 220V để đun sôi 2L nước từ nhiệt độ ban đầu là 20°C. Hiệu suất của ấm là H = 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp để có thể đun sôi nước được coi là có ích.

a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để có thể đun sôi lượng nước trên, biết rằng 4200 J/kg.K là nhiệt dung riêng của nước.

b) Tính nhiệt lượng tỏa ra khi đó bởi ấm điện?

c) Tính thời gian cần để đun sôi lượng nước trên?

Trả lời:

a) Nhiệt lượng cần cung cấp để có thể đun sôi lượng nước trên là:

Q1 = c.m.(T – T0) = 4200.2.(100 – 20) = 672000 (J)

b) Hiệu suất của bếp:

H = (Qi/Qtp).100%

– Nhiệt lượng tỏa ra khi đó bởi ấm điện là:

Qtp = Qi/H = 672000/90% 746666,7J ≈ 746700J

c) Từ công thức: Qtp = A = P.t

⇒ Thời gian đun sôi lượng nước:

t = Qtp/P = 746700/1000 = 746,7s

Câu 3:

Đường dây dẫn từ mạng điện chung đến một gia đình có tổng chiều dài là 40m và có lõi làm bằng đồng với tiết diện 0,5 mm². Hiệu điện thế tại cuối đường dây (tại nhà) là U = 220V. Gia đình này sử dụng những dụng cụ điện có tổng công suất là P = 165W trung bình trong 3 giờ mỗi ngày. Biết rằng điện trở suất của đồng là 1,7.10^-8Ω.m.

a) Tính điện trở R của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung đến gia đình.

b) Tính cường độ dòng điện khi sử dụng công suất đã cho trên đây chạy trong dây dẫn 

c) Tính nhiệt lượng tỏa ra ở trên dây dẫn ấy trong vòng 30 ngày theo đơn vị là kW.h

Trả lời:

a) Điện trở của toàn bộ đường dây dẫn là:

R = ρ.l/S = 1,7.10^-8.(40/0,5.10^-6) = 1,36Ω

b) Cường độ dòng điện chạy ở trong dây dẫn là: 

I = P/U = 165/220 = 0,75A

c) Công suất tỏa ra ở trên dây dẫn là: 

Pnh = I².R = 0,75².1,36 = 0,765W

– Nhiệt lượng tỏa ra từ trên dây dẫn là:

Qnh = Pnh.t = 0,765.324000 = 247860 J ≈ 0,07kW.h

(vì 1kW.h = 1000W.3600s = 3600000J)

Câu 4: Một đoạn mạch gồm có hai dây dẫn được mắc nối tiếp, một dây làm bằng nikêlin dài 1m và có tiết diện là 1mm²; dây kia làm bằng sắt dài 2m có tiết diện là 0,5mm². Khi cho dòng điện chạy qua đoạn mạch đó trong cùng một thời gian thì dây nào là dây tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn? Biết rằng điện trở suất của chất liệu nikêlin là 0,4.10^-6Ω .m và điện trở suất của chất liệu sắt là 12.10^-8Ω .m

A) Dây bằng nikêlin tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn

B) Dây bằng sắt tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn

C) Hai dây đều tỏa nhiệt lượng bằng nhau

D) Cả ba đáp án trên đều sai

Đáp án:

Ta có:

R1 và R2 được mắc nối tiếp vậy nên dòng điện chạy qua hai điện trở có cùng cường độ I.

Ký hiệu nhiệt lượng tỏa ra ở hai điện trở R1 và R2 này tương ứng là Q1 và Q2.

Ta có:

I².t = Q1/R1 = Q2/R2 ⇒ Q1/Q2 = R1/R2

Mà R2 > R1 ⇒ Q2 > Q1

→ Đáp án B là đáp án đúng

Câu 5: Một bếp điện được dùng với hiệu điện thế là 220V thì dòng điện chạy qua bếp điện sẽ có cường độ là 3A. Dùng bếp điện này đun sôi được 2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu là 20°C trong thời gian là 20 phút. Tính hiệu suất của bếp điện, biết rằng c = 4200J/kg.K là nhiệt dung riêng của nước. 

A) 84,8 % 

B) 40% 

C) 42,5% 

D) 21,25%

Đáp án:

– Nhiệt lượng mà bếp điện tỏa ra trong vòng 20 phút là:

Qtp = U.I.t = 220.3.20.60 = 792000J

– Nhiệt lượng cần cung cấp để giúp đun sôi lượng nước này là:

Q1 = c.m.(t2 – t1) = 4200.2.80 = 672000J

– Hiệu suất của bếp là:

H = Q1/Qtp = 672/792 = 0,848 = 84,8%

→ Đáp án A là đáp án đúng

Câu 6: Một bình nóng lạnh ghi là 220V – 1100W được dùng với hiệu điện thế U = 220V. Tính thời gian để giúp bình đun sôi 10L nước từ nhiệt độ 20°C, biết 4200 J/kg.K là nhiệt dung riêng của nước và nhiệt lượng bị hao phí là rất nhỏ.

A) 30 phút 45 giây

B) 44 phút 20 giây

C) 50 phút 55 giây

D) 55 phút 55 giây

Thời gian để bình đun sôi 10 lít nước từ nhiệt độ 200C là:

Đáp án:

A = P.t ⇒ t = A/P = (m.c.Δt)/P = (10.4200.80)/1100 = 3054,5s ≈ 50 phút 55 giây

→ Đáp án C là đáp án đúng

Câu 7: Trong mùa đông, một lò sưởi điện ghi là 220V – 880W được dùng với hiệu điện thế là 220V trong vòng 4 giờ mỗi ngày. Tính nhiệt lượng lò sưởi điện này tỏa ra trong vòng mỗi ngày.

A) 4,92 kW.h 

B) 3,52 kW.h

C) 3,24 kW.h 

D) 2,56 kW.h

Đáp án:

– Điện trở của dây nung:

P = U²/R ⇒ R = U²/P = 220²/880 = 55Ω

– Cường độ dòng điện chạy qua dây nung:

P = U.I ⇒ I = P/U = 880/220 = 4A

– Nhiệt lượng tỏa ra từ lò sưởi:

Q = U.I.t = 220.4.4.3600 = 12672000 J = 3,52 kW.h

→ Đáp án B là đáp án đúng

Câu 8: Một ấm điện có ghi là 220V – 1200W được dùng với hiệu điện thế đúng bằng 220V để đun sôi 2,5 lít nước ở nhiệt độ ban đầu là 20°C. Bỏ qua nhiệt lượng tỏa vào môi trường và nhiệt lượng làm nóng vỏ ấm . Hãy tính thời gian đun sôi nước.

Đáp án

Nhiệt lượng cần cung cấp để giúp đun sôi 2,5L nước (tương ứng 2,5 kg nước) là:

Q = m.c.(t2 – t1) = 2,5.4200.(100 – 20) = 840000J

Vì bỏ qua nhiệt lượng tỏa vào môi trường và nhiệt lượng làm nóng vỏ ấm nên nhiệt lượng Q cũng chính là công A của dòng điện.

Ta có: A = P.t ⇒ t = A/P = 840000/1200 = 700s

Câu 9: Dây điện trở trong một bếp điện làm bằng chất liệu nicrom có điện trở suất là 1,1.10^-6Ω.m, chiều dài l = 4,5m và tiết diện S = 0,05mm².

a) Tính điện trở của dây.

b) Bếp được dùng ở hiệu điện thế là U = 220V. Hãy tính công suất của bếp điện rồi từ đó suy ra được nhiệt lượng tỏa ra của bếp trong vòng 30 phút.

Đáp án

a) Điện trở: R = ρ.l/S = 1,1.10^-6.(4,5/0,5.10^-6) = 99Ω

b) Công suất của bếp:

P = U²/R = 220²/99 = 488,9W

– Nhiệt lượng trong 30 phút do bếp tỏa ra:

Q = P.t = 488,9.30.60 = 880000J

Câu 10: Người ta sử dụng bếp điện để đun sôi 2L nước từ nhiệt độ t = 20°C. Để đun sôi lượng nước ấy trong 20 phút thì cần phải dùng bếp điện có công suất là bao nhiêu? Biết rằng hiệu suất của bếp H = 80% và nhiệt dung riêng của nước là c = 4,18.103 J/kg.độ.

Đáp án

– Nhiệt lượng cần thiết để có thể đun sôi nước:

Q1 = m.c.(t2 – t1)

– Nhiệt lượng có ích cung cấp bởi bếp trong thời gian t:

Q2 = H.P.t

Từ đó có phương trình cân bằng nhiệt: Q1 = Q2

⇒ m.c.(t2 – t1) = H.P.t

Vậy cần phải sử dụng bếp điện có công suất 697W