Lý thuyết suất điện động chuẩn nhất

Suất điện động là một trong những phần kiến thức quan trọng của chương trình Vật lý 11. Với bài viết dưới đây, sẽ hướng dẫn các bạn tổng ôn lý thuyết và các dạng bài tập về Suất điện động. Mong bài viết này sẽ giúp quá trình học tập của các bạn hiệu quả!

A. Tóm tắt lý thuyết Suất điện động 

I - Suất điện động cảm ứng trong mạch kín

1. Suất điện động là gì? Khái niệm về suất điện động cảm ứng

- Trong khu vực một mạch kín (C), sự có mặt của một dòng điện cảm ứng chứng tỏ trong đó có sự xuất hiện của một nguồn điện. Từ đó ta có thể phát biểu định nghĩa về suất điện động cảm ứng như sau:

Trong mạch kín, nếu suất điện động sinh ra trong dòng điện cảm ứng thì được gọi là suất điện động cảm ứng.

2. Định luật Fa - ra - đây. Công thức tính suất điện động

- Trong môi trường là một từ trường, cho một mạch kín (C). Một khoảng thời gian \(\Delta t\), từ thông đi qua mạch làm thay đổi một đại lượng \(\Delta \Phi \). Một sự dịch chuyển nào đó làm thay đổi từ thông trong mạch kín. Trong quá trình dịch chuyển này, một công \(\Delta A\) được sinh ra khi mạch kín (C) được một lực tương tác tác dụng lên.Từ có người ta có thể lý giải được \(\Delta A\) = i x \(\Delta \Phi \)

- Cường độ dòng điện cảm ứng được ký hiệu là I. Dựa vào định luật Len - xơ, sự thay đổi từ thông được xảy ra khi xuất hiện một lực từ tác dụng lên mạch kín và gây cản trở chuyển động. Vì thế, bản chất của \(\Delta A\) là một công cản. Từ đó, ta có thể suy ra là phải tồn tại một ngoại lực tác động lên mạch kín (C). Và trong quá trình tác động của ngoại lực, nó sản sinh ra một công, được gọi là công thắng và có chức năng là làm cản lực từ.

\(\Delta A' = -\Delta A=-i\Delta \Phi \)

- Độ lớn của \(\Delta A'\) bằng tất cả những năng lượng mà mạch kín (C) được cung cấp từ môi trường bên ngoài và năng lượng đó được chuyển đổi sang điện năng của suất điện động cảm ứng trong một khoảng thời gian nhất định. Ta có công thức: 

\(\Delta A' = e_{c}i\Delta t\)

- Từ hai công thức về \(\Delta A'\), ta có thể rút ra kết luận như sau trong trường hợp chỉ quan tâm đến độ lớn của \(e_{c}\)

\(\left | e_{c} \right |=\left | \dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t} \right |\)

Nhận xét: Trong môi trường là mạch kín, độ lớn của suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với sự thay đổi của từ thông đi qua mạch kín đó.

- Công thức tính suất điện động cảm ứng:

\(e_{c}=-\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}\)

3. Mối tương quan giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len -xơ

- Trong công thức tính suất điện động cảm ứng xuất hiện dấu (-). Điều đó phù hợp với định luật Len - xơ.

- Một trong những điều kiện quan trọng nhất đó là định hướng mạch kín (C). Theo lựa chọn chiều của mạch kín (C), ta chọn chiều của pháp tuyến dương để sao cho tính từ thông qua được mạch kín.

- Có hai trường hợp xảy ra: 

+ \(\Phi \) tăng => \(e_{c}\) < 0: suất điện động cảm ứng và mạch ngược chiều nhau

+ \(\Phi \) giảm => \(e_{c}\) > 0: suất điện động và mạch cùng chiều với nhau

4. Quá trình chuyển hóa năng lượng trong cảm ứng điện từ

Trong một mạch kín được đặt trong điều kiện là từ trường không thay đổi, môi trường có sự tác động của ngoại lực nhằm mục đích khi mạch kín di chuyển thì một công cơ học sẽ được sản sinh ra từ ngoại lực này. Suất điện động cảm ứng được sinh ra trong mạch từ công cơ học này và làm xuất hiện điện năng.

=> Như vậy ta có thể kết luận rằng, hiện tượng cảm ứng điện từ thực chất là sự chuyển hóa của cơ năng để trở thành điện năng.

5. Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.

- Máy phát điện xoay chiều

- Động cơ điện xoay chiều 

B. Một số bài tập áp dụng công thức suất điện động

Dạng 1: Xác định từ thông, suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện

Bài 1: Trong điều kiện môi trường là một từ trường đều, cho một khung dây dẫn có dạng là một hình vuông với độ dài cạnh bằng 10cm. Biết rằng mặt phẳng chứa khung và vectơ cảm ứng \(\overrightarrow{B}\) là vuông góc với nhau, \(\Delta t\) = 0,05s và khoảng độ lớn của \(\overrightarrow{B}\) tăng một cách đều đặn từ 0 đến 0,5T. Hỏi suất điện động cảm ứng ở trong khung có độ lớn là bao nhiêu?

Đáp số: 0,1V

Bài 2: Trong điều kiện từ trường đều, cho một dây dẫn có độ dài là 2000 vòng với \(2dm^2\) là diện tích mỗi vòng dây. Dây dẫn được đặt để sao cho đường sức từ và mặt phẳng khung là vuông góc với nhau. Với khoảng thời gian là 0,1 giây, 0,5T đến 0,2T là khoảng mà cảm ứng từ của từ trường giảm đều. Hỏi trong mỗi vòng dây và toàn bộ khung dây, suất điện động cảm ứng là bao nhiêu?

Đáp số: Mỗi vòng dây: \(e_{c}\) = \(6.10^{-2}V\)

             Toàn bộ khung dây: \(e_{c}\) = 120V

Bài 3: Ở trong môi trường điều kiện là từ trường đều, \(25cm^2\) là diện tích của một khung dây có ở dạng chất cứng và phẳng, bao gồm 10 vòng dây. Mặt phẳng là nơi chứa khung dây. Hỏi:

a, Trong khoảng thời gian thay đổi từ 0 đến 0,4s, từ thông di chuyển qua khung dây có độ biến thiên là bao nhiêu?

b, Suất điện động cảm ứng trong khung là bao nhiêu?

c, Xác định trong khu vực  khung, chiều của của dòng điện cảm ứng là như thế nào?

Đáp số: a, \(\Delta \Phi = 6.10^{-5}Wb\)

             b, \(e_{c} = 1,5.10^{-4}V\)

             c, Chiều của dòng điện cảm ứng là theo chiều kim đồng hồ

Bài 4: Cho một khung dây có hình dạng là hình chữ nhật với chiều dài là 20cm, chiều rộng là 10cm. Trong điều kiện môi trường là từ trường đều, cảm ứng từ của khung dây chứa 50 vòng dây là 0,5T. Giữa đường sức từ và trục quay của khung có phương là vuông góc với nhau. Lúc đầu, giữa mặt phẳng khung và vectơ cảm ứng từ là vuông góc với nhau. \( 100\pi (rad/s)\) là tốc độ góc của khung quay. Hỏi trong khoảng thời gian khung dây quay được \(15^0\) kể từ vị trí ban đầu, suất điện động trung bình là bao nhiêu?

Dạng 2: Tính suất điện động trong một đoạn dây dẫn chuyển động

Bài 1: Trong điều kiện môi trường là từ trường đều, cho 0,5m là độ dài của một đoạn dây dẫn MN với cảm ứng từ là 0,04T và vận tốc bằng 0,5m/s. Với đường sức từ hợp với đoạn dây di chuyển một góc bằng \(30^0\). Hỏi trong đoạn dây, suất điện động xuất hiện trong đoạn dây là bao nhiêu?

Đáp số: \(e_{c}\) = 0,005V

Bài 2: Cho biết 25m là độ dài cánh của một máy bay. Máy bay bay theo phương ngang với một vận tốc bằng 720km/h. Biết cảm ứng từ của Trái Đất có thành phần phần cảm ứng là \(B= 5.10^{-5}T\). Hỏi ở vị trí hai đầu cánh máy bay, hiệu điện thế là bao nhiêu?

Bài 3: Trong điều kiện môi trường từ trường đều, cho 1m và 0,4T lần lượt là độ dài với lượng cảm ứng từ của của một thanh dẫn điện. Biết rằng vectơ cảm ứng từ và thanh dẫn điện là vuông góc với nhau. Vận tốc của thanh di chuyển trong từ trường đều là 2m/s. Đường hợp với thanh một góc \(90^0\) và hợp với vectơ cảm ứng từ một góc \(45^0\)

a, Suất điện động trong thanh là bao nhiêu?

b, Cho một điện trở có độ lớn là 0,2 để nói hai đầu thanh để thành một mạch có dạng kín. Hỏi cường độ dòng điện qua điện trở bằng bao nhiêu?

Đáp số: \(e_{c}\) = 0,564V và I = 2,82A

Tham khảo thêm >>> Giải bài tập sách giáo khoa Bài 24 Vật lý 11: Suất điện động

Với bài viết về Suất điện động, đã đem lại cho cái bạn bài tổng hợp lý thuyết và các dạng bài tập chi tiết nhất. Nếu có đóng góp gì cho bài Suất điện động, hãy để lại comment dưới phần bình luận nhé!