Suất điện động cảm ứng là một khái niệm cơ bản trong lĩnh vực vật lý điện đặc biệt là trong lĩnh vực nghiên cứu dòng điện cảm ứng. Vậy liệu bạn đã hiểu được định nghĩa và các công thức tính của khái niệm này chưa? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé!
Dòng điện cảm ứng
Suất điện động cảm ứng là một khái niệm quan trọng trong nghiên cứu dòng điện cảm ứng. Chính vì vậy, bạn cần phải hiểu được thế nào là một dòng điện cảm ứng trước.
Dòng điện cảm ứng là dòng điện được sinh ra khi đưa một mạch điện kín vào phạm vi của một từ trường. Hiện tượng sinh ra dòng điện này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. Hiện tượng này được ứng dụng nhiều nhất để tạo ra dòng điện xoay chiều.
Suất điện động cảm ứng là gì?
Định nghĩa Suất điện động
Suất điện động là đại lượng biểu hiện công của lực để di chuyển một hạt mang điện tích dương di chuyển ngược chiều điện trường từ cực âm tới cực dương của dòng điện.
Ký hiệu của suất điện động là ℰ và đơn vị của khái niệm này là vôn [V].
1 V = 1 J/C
Suất điện động cảm ứng
Suất điện động cảm ứng là suất điện động của dòng điện cảm ứng.
Các định luật và công thức suất điện động cảm ứng
Thí nghiệm & Định luật Faraday
Thí nghiệm Faraday
Thí nghiệm được thực hiện bởi nhà khoa học người Anh Michael Faraday. Thí nghiệm sử dụng một ống dây kim loại và mắc nối tiếp vào điện kế để tạo thành một mạch kín. Phía trên cuộn dây đặt một thanh nam châm 2 cực. Qua quá trình thực hiện thí nghiệm, nhà khoa học đã rút ra được những kết luận sau:
- Dòng điện cảm ứng sẽ đổi chiều khi di chuyển nam châm ra sao
- Tốc độ di chuyển nam châm càng nhanh, cường độ của dòng điện cảm ứng càng lớn
- Nếu giữ nam châm đứng yên, , cường độ của dòng điện cảm ứng sẽ bằng 0
Nếu thí nghiệm được thực hiện với một cuộn dây có dòng điện chạy qua, kết quả cũng tương tự như vậy. Kết quả của thí nghiệm chính là tiền đề để Faraday xây dựng nên định luật mang tên mình.
>>>>>Tham khảo: Trọng lực là gì? Đặc điểm, tính chất và các khái niệm liên quan
Định luật Faraday
Suất điện động cảm ứng của một mạch kín bằng âm biến thiên thời gian của từ thông bao quanh nó. Và chịu ảnh hưởng trực tiếp từ sự thay đổi của từ thông.
Định luật này chỉ ra mối quan hệ mật thiết giữa từ thông và độ lớn của suất điện động cảm ứng. Tốc độ biến thiên từ thông đi qua mạch kín càng lớn thì ec của mạch đó càng lớn
Theo những yếu tố kết luận được từ định luật trên, ta có thể đưa ra được hai công thức sau liên hệ trực tiếp với ec là:
ec = ΔΦ / Δt
Trong đó:
ec là suất điện động cảm ứng của mạch kín
ΔΦ là biến thiên từ thông đi qua mạch kín
Δt là thời gian từ thông đi qua mạch kín
Nếu chỉ xét riêng về độ lớn thì công thức có thể được thể hiện như sau:
|ec| = |ΔΦ| / |Δt|
Định luật Len-xơ
Định luật Len-xơ là tổng hợp các yếu tố giúp xác định chiều của dòng điện cảm ứng. Định luật này có thể được phát biểu như sau:
Dòng điện cảm ứng sẽ có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra sẽ có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra dòng điện. Định luật này có thể biểu diễn toán học dưới dạng một phương trình như sau với là ký hiệu của dòng điện cảm ứng:
Khi diễn giải định luật này, ta có thể rút ra kết luận: Nếu từ thông qua mạch kín tăng, từ trường cảm ứng sẽ được sinh ra nhằm mục đích chống lại sự tăng lên của từ thông. Lúc này, từ trường cảm ứng sẽ có chiều ngược với từ trường ngoài.
Ngược lại, khi từ thông qua mạch kín giảm, từ trường cảm ứng sẽ có tác dụng chống là sự giảm của từ thông. Chính vì vậy mà lúc này, từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài.
Định luật Len-xơ đã đảm bảo phù hợp với định luật bảo toàn năng lượng cơ bản của vật lý. Khi mà chúng ta phải tốn công để biến thiên từ thông [dịch chuyển vị trí của thanh nam châm so với mạch kín] và công đã được chuyển hóa thành điện năng của dòng điện cảm ứng.
Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ
Ứng dụng lớn nhất của hiện tượng cảm ứng điện từ chính là để chế tạo dòng điện xoay chiều. Trong đó, các thiết bị tiêu biểu của ứng dụng này chính là máy phát điện xoay chiều 3 pha và động cơ điện xoay chiều 3 pha.
Trên đây là bài viết tổng hợp các kiến thức liên quan về khái niệm suất điện động cảm ứng và hiện tượng cảm ứng điện từ. Đừng quên truy cập vào website Kiến thức máy móc của chúng tôi nếu bạn muốn cập nhật thêm nhiều kiến thức bổ ích về lĩnh vực vật lý.
Giáo án Bài 39: Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động1.Mục tiêu1.1 Kiến thức- Nêu được :+ Hiện tượng suất điện động xuất hiện trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường.+ Quy tắc bàn tay phải để tìm chiều của nguồn điện trong đoạn dây.- Trình bày được cách thiết lập và viết được biểu thức tính suất điện động cảm ứng trong đoạn dây.- Trình bày được nguyên tắc hoạt động của máy phát điện- So sánh được sự giống và khác nhau của máy phát điện một chiều và máy phát điện xoay chiều1.2 Kĩ năng- Vận dụng hiện tượng suất điện động xuất hiện trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường để giải thích nguyên lý hoạt động của máy phát điện.- Áp dụng quy tắc bàn tay phải xác định được chiều của nguồn điện trong đoạn dây.- Áp dụng biểu thức tính suất điện động cảm ứng trong đoạn dây để giải một số bài tập liên quan.2.Chuẩn bị2.1 Giáo viên-Tìm hiểu một số kiến thức liên quan tới máy phát điện, ứng dụng của máy phát điên trong đời sống con người.-Các hình vẽ trong bài phóng to.-Dụng cụ:+Thí nghiệm hình 39.1. Mô hình máy phát điện xoay chiều và một chiều. 2.2 Học sinh- Ôn lại kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ, định luật Len- xơ, định luật Fa-ra- đây.3. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC Hoạt động 1 [5phút]: Ổn định tổ chức. Kiểm tra bài cũHoạt động của Học sinh Hoạt động của Giáo viên- Báo cáo tình hình của lớp.- Trình bày câu trả lời.- Nhận xét câu trả lời của bạn.- Nắm tình hình của lớp.- Nêu câu hỏi về hiện tượng cảm ứng điện từ - Nhận xét các câu trả lời của HS và cho điểm.Hoạt động2 [3 phút] : Đặt vấn đề bài dạy-Như chúng ta đã biết, điện năng là một nguồn năng lượng rất quan trọng trong đời sống của chúng ta. Bây giờ tôi đặt các em vào tình HS: huống như sau. Vào một buổi tối, khi em đang xem một chương trình tivi mình yêu thích hoặc đang phải hoàn thành một bài tập viết rất quan trọng cho ngày mai thì “cúp điện”. Khi đó bạn sẽ nghĩ tới thiết bị nào để có thể có điện trở lại?Đó là máy phát điện. Có ai cho cô biết vì sao máy phát điện lại có thể tạo ra dòng điện không ?-Sẽ không có gì là khó nếu chúng ta biết tìm hiểu và phân tích chúng. Ngày hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu xem một máy phát điện đơn giản hoạt động dựa trên nguyên tắc nào nhé? -Cuối buổi học hôm nay, nếu em nào muốn, cũng có thể tự chế tạo một chiếc máy phát điện của riêng mình nữa.Hoạt động 3 [10phút]: 1.Suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trườngHoạt động của Học sinh Hoạt động của Giáo viênHS:- Đọc phần 1.SGK.- Thảo luận nhóm tìm hiểu hiện tượng xảy raHS- Trình bày hiện tượng- Nhận xét cách trình bày của bạn.HS- Trình bày nguyên nhân xuất hiện suất điện động cảm ứng.- Chia mỗi bàn là một nhóm- Yêu cầu các nhóm HS đọc thí nghiệm trong SGK.- Thảo luận tìm hiểu hiện tượng xảy ra trong đoạn dây dẫn.CH1- Trình bày sự xuất hiện suất điện động?- Nhận xét cách trình bày của HS. Thực chất suất điên động cảm ứng chỉ xuất hiện khi đoạn dây dẫn MN chuyển động trong từ trường.CH2- Yêu cầu HS giải thích sự xuất hiện suất điện động cảm ứng.Khi đoạn dây MN chuyển động với vận tốc v thì có sự biến thiên của từ thông qua diện tích được quét bởi thanh MN do đó trong mạch xuất hiện sđđ cảm ứng [MN có vai trò như nguồn điện].Hoạt động 3 [10 phút] : Quy tắc bàn tay phảiHS:- Đọc phần 2 SGK.- Thảo luận nhóm về quy tắc bàn tay phải- Trình bày quy tắc bàn tay phảiHS- Áp dụng luôn vào thí nghiêm trên xác định chiều của nguồn điện trong dây dẫn MN trong hình 39.1.- Nhận xét cách trình bày của bạnHS:-Sử dụng quy tắc tìm chiều của nguồn điện trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường trong ví dụ khác thầy cô đưa ra.- Nhận xét cách trình bày của bạnTrong thí nghiệm trên: khi MN chuyển động về phía bên trái thì dòng điện chạy trong hệ theo hướng MNPQM. Vậy chiều của nguồn điện MN được xác định như thế nào?CH1- Yêu cầu HS đọc quy tắc bàn tay phải trong SGK [T190]. - Thảo luận nhóm về quy tắc bàn tay phải CH2- Yêu cầu HS trình bày áp dụng luôn vào thí nghiêm hình 39.1 trên.- Nhận xét cách trình bày của HS.-Hướng dẫn chi tiết cho học sinh hiểu quy tắc.CH3:- Đưa ra một trường hợp khác để học sinh tự áp dụng quy tắc tìm chiều của nguồn điện trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường-Nhận xét cách trình bày của học sinh.Hoạt động 4 [10 phút]: Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dâyHS:-Nhớ và nhắc lại công thức suất điện động cảm ứng tổng quát 38.2 trong tiết trước.HS:- Thảo luận nhóm áp dụng vào thí nghiệm hình 39.1 tìm giá trị góc α và công thức tính độ lớn sđđ trong trường hợp này.- Nhận xét cách trình bày của bạn.HS-Suy luận trong trường hợp nào của góc α thì giá trị sđđ bằng 0.- Nhận xét cách trình bày của bạn.Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường thì xuất hiện sđđ cảm ứng, vậy độ lớn của sđđ cảm ứng đó được xác định như thế nào?CH1- Yêu cầu hs nhắc lại công thức suất điện động cảm ứng tổng quát 38.2 trong tiết trước.- Hướng dẫn học sinh tìm biểu thức xác định sđđ cảm ứng trong đoạn dây. |ec|=B.l.v.sinα α: góc tạo bởi hai vectơ B và v.CH2- Yêu cầu học sinh thảo luận nhóm và áp dụng vào thí nghiệm hình 39.1 tìm giá trị góc α và công thức tính độ lớn sđđ trong trường hợp này.-Nhận xét cách trình bày của học sinh. α=900Do các đường sức từ vuông góc với vectơ vận tốc chuyển động của đoạn dây . Khi đó suất điện động của đoạn dây |ec|= B.l.vCH3-Yêu cầu HS suy luận trong trường hợp nào của góc α thì giá trị sđđ bằng 0.- Nhận xét cách trình bày của HS. α=00Khi đó các đường cảm ứng từ song song với vectơ vận tốc chuyển động của đoạn dây.Hoạt động 5 [10phút]: 4. Máy phát điện.Hoạt động của Học sinh Hoạt động của Giáo viênHSBây giờ chúng ta sẽ cùng nhau trả lời cho câu hỏi máy phát điện hoạt động dựa trên nguyên tắc nào?CH1- Đọc phần 4 SGK.- Thảo luận nhóm về nguyên tắc, cấu tạo của máy phát điện xoay chiều và một chiều.- Trình bày nguyên tắc, cấu tạo.- Nhận xét cách trình bày của bạn.- Quan sát mô hình.- Yêu cầu HS đọc phần 4 SGK.- Thảo luận về nguyên tắc, cấu tạo của máy phát điện xoay chiều và một chiều. Máy phát điện là một ứng dụng quan trọng và quen thuộc của hiện tượng cảm ứng điện từ trong các đoạn dây dẫn chuyển động.CH2- Yêu cầu HS trình bày nguyên tắc, cấu tạo.- Nhận xét cách trình bày của HS.- Cho HS quan sát cấu tạo của máy phát điện xoay chiều và một chiều.- Nhận xét sự giống và khác nhau về cấu tạo của hai mô hình máy phát điện. Giống:+ Khung dây ABCD quay trong từ trường, 2 vòng khuyên đồng được gắn vào 2 đầu khung, hai vòng khuyên tiếp xúc với hai chổi quét.+ Mỗi chổi quét là một cực của máy phát điện. Khác:+ Máy phát điện xoay chiều: 2 vòng đồng. Dòng ra mạch ngoài có chiều thay đổi.+ Máy phát điện một chiều: 2 bán khuyên đồng. Dòng ra mạch ngoài có chiều không thay đổi.Hoạt động 6 [5phút]: Vận dụng, củng cố và ra bài tập về nhàHoạt động của Học sinh Hoạt động của Giáo viên- Làm bài tập.- Ghi nhận kiến thức.- kiểm tra nhanh bài tập 2 trang 193 SGK- Đánh giá, nhận xét kết quả giờ dạy.BTVN:+ bài 1,3,4 SGK T.193+Chuẩn bị bài dòng điện Fu-Cô.GIÁO ÁN BẢNG Bảng chính Bảng phụ Bảng nháp1.Suất điện động cảm ứng trong đọan dây dẫn chuyển động trong từ trường.-Suất điện động cảm ứng xuất hiện khi đoạn dây MN chuyển động.2. quy tắc bàn tay phải.SGK [T190]3.Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây. |ec|= B.l.v.sinα [39.3]4. máy phát điện.-Hoạt động dựa trên hiện tượng suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường.-Có 2 loại máy phát điện+Xoay chiều+Một chiều- Hình vẽ thí nghiệm- Biến đổi ra biểu thức tính sđđ cảm ứng trong đoạn dây |ec|= B.l.v.sinα [39.3]4. RÚT KINH NGHIỆM