Vật lý 11 bài 25: Hiện tượng tự cảm là gì? Năng lượng từ trường của cuộn dây cảm ứng, ứng dụng và bài tập. Ở các bài trước các em đã biết khái niệm từ thông và cảm ứng điện từ. Trong bài này chúng ta sẽ xét một loại hiện tượng cảm ứng từ đặc biệt đó là hiện tượng tự cảm.
Vậy hiện tượng tự cảm là gì? Có ứng dụng gì? Công thức tính suất điện động tự cảm là gì? Công thức cho năng lượng từ trường của một cuộn dây cảm ứng là gì? Tất cả sẽ được trình bày trong bài viết dưới đây.
I. Từ thông riêng của mạch kín
• Từ thông riêng của mạch kín là từ thông xuất hiện khi trong mạch kín có dòng điện cường độ i chạy qua.
– Trong đó: i là cường độ dòng điện (A)
Φ là từ thông tính bằng vebe (Wb)
L là độ tự cảm của henry (H)
• Phần cảm của cuộn dây hình trụ có chiều dài khá lớn so với đường kính tiết diện:
– Trong đó: L: Độ tự cảm của cuộn dây (H)
N: Số lượt (lượt).
l: Chiều dài của ống luồn dây (m).
S: Tiết diện ống dẫn (m2)
* Chú ý: Cuộn dây có độ tự cảm L trên còn gọi là cuộn cảm hay cuộn cảm.
• Hệ số tự cảm của cuộn dây lõi sắt có công thức:
Trong đó μ là đặc tính từ thẩm của lõi sắt.
II. Hiện tượng tự cảm
1. Hiện tượng tự cảm là gì?
Khái niệm: Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong mạch có dòng điện, trong đó sự biến thiên của từ thông qua mạch là do sự biến thiên cường độ dòng điện trong mạch.
2. Một số ví dụ về hiện tượng tự cảm
– Đối với mạch điện một chiều: Hiện tượng tự cảm xuất hiện khi đóng, ngắt mạch.
– Đối với mạch điện xoay chiều: Luôn xảy ra hiện tượng tự cảm.
– Hiện tượng tự cảm cũng tuân theo định luật cảm ứng điện từ.
III. suất điện động tự cảm
1. Suất điện động của hiện tượng tự cảm và công thức tính
• Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch khi xuất hiện hiện tượng tự cảm gọi là hiện tượng tự cảm.
• Công thức tính suất điện động tự cảm:
Suất điện động tự cảm tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch.
2. Năng lượng từ trường của cuộn dây thuần cảm
– Năng lượng từ trường của cuộn cảm là năng lượng tích lũy trong cuộn dây tự cảm khi có dòng điện chạy qua và được tính theo công thức:
IV. Ứng dụng của hiện tượng tự cảm
Điện cảm có nhiều ứng dụng trong mạch điện xoay chiều. Cuộn cảm là một phần tử quan trọng trong mạch điện xoay chiều có bộ tạo dao động và máy biến áp.
V. Bài tập về hiện tượng tự cảm
* Bài 1 trang 157 SGK Vật Lý 11: Trong những trường hợp nào có hiện tượng tự cảm?
° Giải bài 1 trang 157 SGK Vật Lý 11:
• Khi trong mạch có cường độ dòng điện thay đổi thì trong mạch sẽ xuất hiện hiện tượng tự cảm:
– Trong mạch điện một chiều, hiện tượng tự cảm xuất hiện khi mạch đóng hoặc mở.
Trong mạch điện xoay chiều luôn xảy ra hiện tượng tự cảm.
* Bài 2 trang 157 SGK Vật Lý 11: Nêu khái niệm từ thông riêng, độ tự cảm của một mạch kín.
° Lời giải bài 2 trang 157 SGK Vật Lý 11:
– Mạch kín (C) có dòng điện i. Dòng điện i gây ra từ trường, từ thông này gây ra từ thông Φ qua (C) gọi là từ thông riêng của mạch. Φ = Li.
– Độ tự cảm L của mạch điện kín là đại lượng chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch điện kín.
– Một ống dây dẫn điện chiều dài l, tiết diện S, gồm N vòng dây, có cường độ i chạy qua, hệ số tự cảm của cuộn dây được tính theo công thức:
– Độ tự cảm của cuộn dây lõi sắt:
trong đó μ là độ từ thẩm, đặc trưng cho từ tính của lõi sắt.
* Bài 3 trang 157 SGK Vật Lý 11: Độ lớn của suất điện động tự cảm phụ thuộc vào những đại lượng nào?
° Đáp án bài 3 trang 157 SGK Vật Lý 11:
Công thức tính suất điện động tự cảm:
⇒ Độ lớn của suất điện động tự cảm phụ thuộc vào hệ số tự cảm của cuộn dây (L) và tốc độ biến thiên cường độ dòng điện qua cuộn dây Δi/Δt.
* Bài 4 trang 157 SGK Vật Lý 11: chọn câu đúng
Một cuộn dây có độ tự cảm L, cuộn dây thứ hai có số vòng dây gấp đôi và diện tích mỗi vòng dây giảm một nửa so với cuộn dây thứ nhất. Nếu hai cuộn dây có chiều dài bằng nhau thì hệ số tự cảm của cuộn dây thứ hai là:
AL B. 2L. C.L/2. D. 4L.
° Đáp án bài 4 trang 157 SGK Vật Lý 11:
• chọn câu trả lời đúng: B. 2L.
– Ta có độ tự cảm ở cuộn dây thứ nhất:
– Độ tự cảm của cuộn thứ hai:
* Bài 5 trang 157 SGK Vật Lý 11: Phát biểu nào sau đây sai? Suất điện động tự cảm có giá trị lớn khi.
A. cường độ dòng điện tăng nhanh.
B. cường độ dòng điện giảm nhanh.
C. cường độ dòng điện có giá trị lớn.
D. dòng điện biến thiên nhanh dần đều.
° Đáp án bài 5 trang 157 SGK Vật Lý 11:
• chọn đáp án: C. cường độ dòng điện có giá trị lớn.
Vì suất điện động của hiện tượng tự cảm phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện chứ không phụ thuộc vào độ lớn của cường độ dòng điện.
* Bài 6 trang 157 SGK Vật Lý 11: Tính hệ số tự cảm của một ống dây hình trụ dài 0,5m gồm 1000 vòng dây, mỗi vòng có đường kính 20 cm.
° Đáp án bài 6 trang 157 SGK Vật Lý 11:
– Độ tự cảm của cuộn dây:
• Theo đề bài ta có:
– Số vòng dây: N = 1000 vòng dây
– Chiều dài ống: l = 0,5m
– Mỗi vòng dây có đường kính d = 20cm = 0,2m
– Ta có, diện tích mỗi lượt là:
– tương tự hệ số tự cảm của cuộn dây là:
– Vậy L = 0,79H.
* Bài 7 trang 157 SGK Vật Lý 11: Suất điện động tự cảm 0,75V xuất hiện ở một cuộn cảm có L=25mH; tại đó cường độ dòng điện giảm từ giá trị ia đến 0 trong thời gian 0,01s. Tính ia
° Đáp án bài 7 trang 157 SGK Vật Lý 11:
– Ta có độ lớn suất điện động tự cảm trong cuộn dây:
– Vậy ia = 0,3A.
* Bài 8 trang 157 SGK Vật Lý 11: Trong mạch điện hình 25.5, cuộn cảm L có điện trở bằng không. Cường độ dòng điện qua L là 1,2A; độ tự cảm L = 0,2H. Di chuyển K đến vị trí b, tính nhiệt lượng tỏa ra ở R.
° Đáp án bài 8 trang 157 SGK Vật Lý 11:
– Tóm tắt đề tài:
tôi = 1,2A; L = 0,2H
K quay sang b, tìm QR = ?
– Khi có dòng điện chạy qua cuộn cảm thì cuộn cảm tích lũy năng lượng:
– Khi chuyển khóa K từ vị trí a sang vị trí b, dòng điện trong cuộn cảm giảm, xuất hiện hiện tượng tự cảm. Năng lượng từ trường trong cuộn dây được truyền sang điện trở R dưới dạng nhiệt làm cho điện trở nóng lên.
– Nhiệt tỏa ra trên R: QR = W = 0,144J
Hi vọng với bài viết Hiện tượng tự cảm là gì? Năng lượng từ trường của cuộn dây cảm ứng, các ứng dụng và bài tập trên sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn, mọi góp ý và thắc mắc vui lòng để lại bình luận bên dưới bài viết để được hỗ trợ.
Bản quyền bài viết thuộc về trường THPT Lê Hồng Phong. Mọi sao chép đều là gian lận!
Nguồn chia sẻ: https://c3lehongphonghp.edu.vn
Vật lý 11 bài 25: Hiện tượng tự cảm là gì? Năng lượng từ trường của cuộn dây cảm ứng, ứng dụng và bài tập