Công thức cảm ứng của dây dẫn chuyển động. Độ lớn và hướng của lực điện động cảm ứng

>> lực điện động sinh ra trong dây dẫn chuyển động

§ 13 EMF CẢM ỨNG TRONG DÂY CHUYỂN ĐỘNG

Bây giờ chúng ta xét trường hợp thứ hai xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Khi một vật dẫn chuyển động thì các điện tích tự do của nó cũng chuyển động theo. Do đó, lực Lorentz tác dụng lên các điện tích từ từ trường. Chính điều này gây ra sự chuyển động của các điện tích bên trong dây dẫn. Do đó lực điện động cảm ứng có nguồn gốc từ tính.

Ở nhiều nhà máy điện trên toàn cầu, lực Lorentz là nguyên nhân gây ra chuyển động của các electron trong các dây dẫn chuyển động.

Hãy tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong một vật dẫn chuyển động trong từ trường đều (Hình 2.10). Cho cạnh của đường viền MN có chiều dài l trượt với tốc độ không đổi dọc theo các cạnh NC và MD, luôn song song với cạnh CD. Vectơ cảm ứng từ của từ trường đều vuông góc với dây dẫn và tạo một góc với hướng vận tốc của nó.

Lực mà từ trường tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động có độ lớn bằng nhau

Lực này hướng dọc theo dây dẫn MN. Công của lực Lorentz 1 trên đường l là dương và có giá trị như sau:

Nội dung bài học ghi chú bài học hỗ trợ phương pháp tăng tốc trình bày bài học khung công nghệ tương tác Luyện tập nhiệm vụ và bài tập tự kiểm tra hội thảo, đào tạo, tình huống, nhiệm vụ bài tập về nhà thảo luận câu hỏi câu hỏi tu từ của học sinh Minh họa âm thanh, video clip và đa phương tiện hình ảnh, hình ảnh, đồ họa, bảng biểu, sơ đồ, hài hước, giai thoại, truyện cười, truyện tranh, ngụ ngôn, câu nói, ô chữ, trích dẫn Tiện ích bổ sung tóm tắt bài viết thủ thuật cho trẻ tò mò sách giáo khoa từ điển cơ bản và bổ sung các thuật ngữ khác Cải thiện sách giáo khoa và bài họcsửa lỗi trong sách giáo khoa cập nhật một đoạn trong sách giáo khoa, những yếu tố đổi mới trong bài, thay thế kiến ​​thức cũ bằng kiến ​​thức mới Chỉ dành cho giáo viên bài học hoàn hảo kế hoạch lịch năm; khuyến nghị về phương pháp luận; Bài học tích hợp

Một dây dẫn thẳng AB chuyển động trong từ trường có cảm ứng B dọc theo các thanh dẫn điện được đóng kín bằng điện kế.

Các điện tích chuyển động dọc theo dây dẫn trong từ trường chịu tác dụng của lực Lorentz:

Fl = /q/vB sin a

Hướng của nó có thể được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

Dưới tác dụng của lực Lorentz bên trong dây dẫn, các điện tích dương và âm phân bố dọc theo chiều dài dây dẫn l
Lực Lorentz trong trường hợp này là ngoại lực và xuất hiện lực điện động cảm ứng trong dây dẫn và xuất hiện hiệu điện thế ở hai đầu dây dẫn AB.

Nguyên nhân xuất hiện lực điện động cảm ứng trong một dây dẫn chuyển động được giải thích là do tác dụng của lực Lorentz lên các điện tích tự do.

Chuẩn bị sẵn sàng cho bài kiểm tra!

1. Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch sẽ chuyển động theo hướng nào trong từ trường?

2. Cho biết chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch khi đặt vào từ trường đều.

3. Từ thông trong khung sẽ thay đổi như thế nào nếu khung quay 90 độ từ vị trí 1 đến vị trí 2?

4. Liệu có xuất hiện dòng điện cảm ứng trong vật dẫn nếu chúng chuyển động như hình vẽ không?

5. Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong dây dẫn AB chuyển động trong từ trường đều.

6. Cho biết chiều đúng của dòng điện cảm ứng trong mạch.

Trường điện từ - Vật lý hay

EMF là tên viết tắt của ba từ: sức điện động. Sức điện động cảm ứng () xuất hiện trong một vật dẫn đặt trong từ trường xen kẽ. Ví dụ, nếu một vật dẫn điện là một mạch kín thì có một dòng điện chạy trong nó, gọi là dòng điện cảm ứng.

Định luật Faraday về cảm ứng điện từ

Định luật chính được sử dụng trong các tính toán liên quan đến cảm ứng điện từ là định luật Faraday. Ông nói rằng suất điện động của cảm ứng điện từ trong mạch có độ lớn bằng nhau và ngược dấu với tốc độ biến thiên của từ thông () qua bề mặt bị giới hạn bởi mạch đang xét:

Định luật Faraday (1) được viết cho hệ SI. Cần phải lưu ý rằng từ điểm cuối của vectơ pháp tuyến đến đường viền, mạch phải đi ngược chiều kim đồng hồ. Nếu từ thông thay đổi đều thì suất điện động cảm ứng được tìm thấy là:

Từ thông bao phủ mạch dẫn có thể thay đổi do nhiều lý do. Đây có thể là từ trường biến đổi theo thời gian, sự biến dạng của chính mạch điện hoặc chuyển động của mạch điện trong từ trường. Đạo hàm tổng của từ thông theo thời gian có tính đến tác động của mọi nguyên nhân.

Lực điện động cảm ứng trong dây dẫn chuyển động

Giả sử một mạch dẫn chuyển động trong một từ trường không đổi. Sức điện động cảm ứng xảy ra ở tất cả các phần của mạch điện giao nhau với các đường sức từ. Trong trường hợp này, EMF thu được xuất hiện trong mạch sẽ bằng tổng đại số của EMF của từng phần. Sự xuất hiện của EMF trong trường hợp đang xem xét được giải thích là do bất kỳ điện tích tự do nào chuyển động dọc theo dây dẫn trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực Lorentz. Khi chịu tác dụng của lực Lorentz, các điện tích sẽ chuyển động và tạo thành dòng điện cảm ứng trong dây dẫn kín.

Xét trường hợp có một khung dẫn hình chữ nhật đặt trong từ trường đều (Hình 1). Một bên của khung có thể di chuyển. Độ dài cạnh này là l. Đây sẽ là hướng dẫn di chuyển của chúng tôi. Hãy xác định cách tính suất điện động cảm ứng trong dây dẫn nếu nó chuyển động với tốc độ v. Độ lớn cảm ứng từ trường là B. Mặt phẳng khung vuông góc với vectơ cảm ứng từ. Điều kiện được đáp ứng.

Emf cảm ứng trong mạch điện đang xét sẽ bằng emf chỉ xuất hiện ở phần chuyển động của nó. Trong từ trường không đổi, các phần đứng yên của mạch điện không xuất hiện cảm ứng.

Để tìm suất điện động cảm ứng trong hệ quy chiếu, chúng ta sẽ sử dụng định luật cơ bản (1). Nhưng trước tiên, hãy định nghĩa từ thông. Theo định nghĩa, từ thông cảm ứng từ bằng:

trong đó, vì theo điều kiện, mặt phẳng của hệ quy chiếu vuông góc với hướng của vectơ cảm ứng trường, do đó pháp tuyến của hệ quy chiếu và vectơ cảm ứng song song với nhau. Diện tích được bao quanh bởi khung có thể được biểu thị như sau:

khoảng cách mà dây dẫn chuyển động di chuyển được là bao nhiêu. Thay biểu thức (2), tính đến (3) vào định luật Faraday, ta có:

trong đó v là tốc độ chuyển động của phía chuyển động của khung dọc theo trục X.

Nếu góc giữa hướng của vectơ cảm ứng từ () và vectơ vận tốc của dây dẫn () là một góc , thì mô-đun EMF trong dây dẫn có thể được tính bằng công thức:

Ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1

Bài tập	Thu được biểu thức để xác định mô đun sức điện động cảm ứng trong một dây dẫn có chiều dài l, chuyển động trong một từ trường đều, sử dụng biểu thức cho lực Lorentz. Dây dẫn ở Hình 2 chuyển động với tốc độ không đổi, song song với chính nó. Vectơ vuông góc với dây dẫn và tạo một góc với hướng.
Giải pháp	Xét lực mà từ trường tác dụng lên một hạt tích điện chuyển động với vận tốc, ta có: Công do lực Lorentz thực hiện trên đường l sẽ là: Sức mạnh cảm ứng có thể được định nghĩa là công thực hiện để di chuyển một điện tích dương đơn vị:
Trả lời

VÍ DỤ 2

Bài tập	Sự thay đổi từ thông qua mạch điện của một dây dẫn có điện trở Ohm trong thời gian bằng s có giá trị là Wb. Cường độ dòng điện trong dây dẫn là bao nhiêu nếu sự thay đổi từ thông có thể được coi là đồng đều?
Giải pháp	Với sự thay đổi đều của từ thông, định luật cơ bản của cảm ứng điện từ có thể được viết là:

Từ thông qua mạch có thể thay đổi vì những lý do sau:

• Khi đặt đoạn mạch dẫn đứng yên trong từ trường xoay chiều.
• Khi một dây dẫn chuyển động trong từ trường, từ trường đó có thể không thay đổi theo thời gian.

Trong cả hai trường hợp đều tuân theo định luật cảm ứng điện từ. Hơn nữa, nguồn gốc của suất điện động trong những trường hợp này là khác nhau. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn trường hợp thứ hai trong số những trường hợp này.

Trong trường hợp này, dây dẫn chuyển động trong từ trường. Cùng với dây dẫn, tất cả các điện tích bên trong dây dẫn cũng chuyển động. Mỗi điện tích này sẽ chịu tác dụng của lực Lorentz từ từ trường. Nó sẽ thúc đẩy sự chuyển động của điện tích bên trong dây dẫn.

• Emf cảm ứng trong trường hợp này sẽ có nguồn gốc từ tính.

Hãy xem xét thí nghiệm sau: một mạch từ có một mặt chuyển động được đặt trong một từ trường đều. Cạnh chuyển động có chiều dài l bắt đầu trượt dọc theo các cạnh MD và NC với tốc độ không đổi V. Đồng thời, nó luôn song song với cạnh CD. Vectơ cảm ứng từ của trường sẽ vuông góc với dây dẫn và tạo một góc a với hướng vận tốc của nó. Hình dưới đây mô tả bố trí phòng thí nghiệm cho thí nghiệm này:

Lực Lorentz tác dụng lên một hạt chuyển động được tính theo công thức sau:

Fl = |q|*V*B*sin(a).

Lực Lorentz sẽ hướng dọc theo đoạn MN. Hãy tính công của lực Lorentz:

A = Fl*l = |q|*V*B*l*sin(a).

Emf cảm ứng là tỉ số công thực hiện bởi một lực khi di chuyển một đơn vị điện tích dương với độ lớn của điện tích này. Vì vậy, chúng tôi có:

Ei = A/|q| = V*B*l*sin(a).

Công thức này sẽ đúng đối với bất kỳ dây dẫn nào chuyển động với tốc độ không đổi trong từ trường. Lực điện động cảm ứng sẽ chỉ xuất hiện trong dây dẫn này vì các dây dẫn còn lại của mạch điện vẫn đứng yên. Rõ ràng là suất điện động cảm ứng trong toàn mạch sẽ bằng suất điện động cảm ứng ở dây dẫn chuyển động.

EMF từ định luật cảm ứng điện từ

Từ thông qua cùng một mạch như trong ví dụ trên sẽ bằng:

Ф = B*S*cos(90-a) = B*S*sin(a).

Ở đây góc (90-a) = góc giữa vectơ cảm ứng từ và pháp tuyến của bề mặt đường viền. Trong thời gian ∆t, diện tích đường viền sẽ thay đổi ∆S = -l*V*∆t. Dấu trừ cho biết diện tích đang giảm. Trong thời gian này, từ thông sẽ thay đổi:

∆Ф = -B*l*V*sin(a).

Khi đó emf cảm ứng sẽ bằng:

Ei = -∆Ф/∆t = B*l*V*sin(a).

Nếu toàn bộ mạch chuyển động bên trong một từ trường đều với tốc độ không đổi thì suất điện động cảm ứng sẽ bằng 0 vì từ thông sẽ không thay đổi.