Bài 23: Từ thông, cảm ứng điện từ

Lý thuyết

Bài 23.1, 23.2 trang 57 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

23.1. Câu nào dưới đây nói về từ thông là không đúng ?

A. Từ thông qua mặt S là đại lượng xác định theo công thức \(\Phi \) = B.S.cosα, với α là góc tạo bởi cảm ứng từ   \(\overrightarrow B \) và pháp tuyến dương   \(\overrightarrow n \)  của mặt S.

B. Từ thông là một đại lượng vô hướng, có thể dương, âm hoặc bằng không.

C. Từ thông qua mặt S chỉ phụ thuộc diện tích của mặt S, không phụ thuộc góc nghiêng của mặt đó so với hướng của các đường sức từ.

D. Từ thông qua mặt S được đo bằng đơn vị vêbe (Wb) : 1 Wb = 1 T.m², và có giá trị lớn nhất khi mặt này vuông góc với các đường sức từ.

23.2. Câu nào dưới đây nói dòng điện cảm ứng là không đúng ?

A. Là dòng điện xuất hiện trong một mạch kín khi từ thông qua mạch kín đó biến thiên.

B. Là dòng điện có chiều và cườrig độ không phụ thuộc chiều và tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch kín.

C. Là dòng điện chỉ tồn tại trong mạch kín trong thời gian từ thông qua mạch kín đó biến thiên.

D. Là dòng điện có chiều phụ thuộc chiều biến thiên từ thông qua mạch kín.

Hướng dẫn giải

23.1: Đáp án C

23.2: Đáp án B

Bài 23.3, 23.4 trang 58 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

23.3. Câu nào dưới đây nói về định luật Len-xơ là không đúng ?

A. Là định luật cho phép xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

B. Là định luật khẳng định dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.

C. Là định luật khẳng định dòng điện cảm ứng xuất hiện khi từ thông qua mạch kín biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động này.

D. Là định luật cho phép xác định lượng nhiệt toả ra trong vật dẫn có dòng điện chạy qua.

23.4. Câu nào dưới đây nói về dòng điện Fu-cô là không đúng ?

A. Là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại cố định trong từ trường đều.

B. Là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại chuyển động trong từ trường hoặc được đặt trong từ trường biến thiên theo thời gian.

C. Là dòng điện cảm-ứng trong khối kim loại có tác dụng toả nhiệt theo hiệu ứng Jun - Len-xơ, được ứng dụng trong lò cảm ứng nung nóng kim loại.

D. Là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại có tác dụng cản trở chuyển động của khối kim loại trong 

Hướng dẫn giải

23.3: Đáp án D

23.4: Đáp án A

Bài 23.5 trang 58 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

Xác định từ thông qua mặt phẳng diện tích 20 cm²đặt trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) hợp với mặt phẳng một góc 30° và có độ lớn là 1,2T. Xác định từ thông qua mặt phẳng này.

A. 2,0.10^-3 Wb                 B. 1,2.10^-3Wb          

C. 12.10^-5 Wb                  D. 2,0.10^-5Wb

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Khi vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow B \)  hợp với mặt phẳng một góc 30° thì góc giữa vectơ này hợp với vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow n \) của mặt phẳng sẽ là α = 60°. Áp dụng công thức tính từ thông: \(\Phi \) = BScosα = BS cos60° , ta tìm được:

\(\Phi = {1,2.20.10^{ - 4}}.0,50 = {1,2.10^{ - 3}}{\rm{W}}b\)

Bài 23.6 trang 58 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

Một dây dẫn thẳng dài có dòng điện I được đặt song song và cách đều hai cạnh đối diện MN và PQ của một khung dây dẫn hình chữ nhật MNPQ. Xác định từ thông do từ trường của dòng điện I gửi qua mặt của khung dây dẫn MNPQ.

Hướng dẫn giải

Các đường sức của từ trường \(\overrightarrow B \) tạo bởi dòng điện I là các vòng tròn nằm vuông góc với dây dẫn thẳng tại tâm O của chúng. Mỗi đường sức từ đi qua mặt khung dây dẫn MNPQ hai lần: một lần đi vào tại điểm C hợp với pháp tuyến \(\overrightarrow B \) mộtgóc α < 90° ứng với từ thông \(\Phi\)C > 0, một lần đi ra tại điểm D hợp với pháp tuyến  \(\overrightarrow n \) một góc α > 90° ứng với từ thông  \(\Phi\)D < 0 (Hình 23.1G). Do đó, tổng từ thông của mỗi đường sức từ gửi qua khung MNPQ có trị số :

 \(\Phi\)=  \(\Phi\)C +  \(\Phi\)D = 0. Từ đó suy ra từ thông

Tổng hợp của các đường sức từ trường   \(\overrightarrow B \) tạo bởi dòng điện I trong dây dẫn thẳng gửi qua khung dây dẫn MNPQ cũng bằng không.

Bài 23.7 trang 59 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

Một khung dây dẫn hình chữ nhật không bị biến dạng được đặt trong một từ trường đều \(\overrightarrow B \)  ở vị trí mặt phẳng khung dây song song với các đường sức từ. Sau đó, cho khung dây quay 90° đến vị trí vuông góc với các đường sức từ. Hãy xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây dẫn

Hướng dẫn giải

Trong từ trường đều\(\overrightarrow B \), tại vị trí mặt khung dây dẫn song song với các đường sức từ thì từ thông qua khung dây dẫn bằng không. Cho khung dây dẫn quay góc α = 90° đến vị trí vuông góc với các đường sức từ, thì từ thông qua mặt khung dây tăng tới cực đại. Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng i_c xuất hiện trong khung dây dẫn khi đó phảicó chiều sao cho từ trường cảm ứng của dòng i_c ngược hướng với từ trường \(\overrightarrow B \) để chống lại sự tăng từ thông qua khung dây dẫn (Hình 23.2G).

Bài 23.8 trang 59 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

Một thanh nam châm NS được đặt thẳng đứng song song với mặt phẳng chứa vòng dây dẫn (C) và có trục quay O vuông góc với trục của vòng dây như Hình 23.1. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong vòng dây dẫn (C) khi thanh nam châm NS chuyển động:

a) Quay góc 90° để cực Nam (S) của nó tới đối diện với vòng dây dẫn (C).

b) Quay góc 90° để cực Bắc (N) của nó tới đối diện với vòng dây dẫn (C).

c) Quay đều quanh trục O của nó.

Hướng dẫn giải

b) Nếu cực Bắc (N) của nam châm NS quay 90° tới đối diện với vòng dây dẫn (Hình 23.3Gb), thì dòng i_c trong vòng dây dẫn (C) phải có chiều ngược chiều quay của kim đồng hồ để mặt vòng dây dẫn này trở thành mặt Bắc, có tác dụng cản trở cực Bắc (N) của nam châm NS tới đối diện với nó.

c) Nếu thanh nam châm NS quay đều quanh trục O của nó, thì từ thông qua mặt của vòng dây dẫn sẽ biến thiên (cả về chiều và độ lớn) tuần hoàn theo thời gian. Do đó, chiều và cường độ của dòng điện cảm ứng i_c. trong vòng dây dẫn (C) cũng biến thiên tuần hoàn theo thời gian.

Bài 23.9 trang 59 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

Một vòng dây dẫn kín (C) được đặt đối diện với đầu của ống dây dẫn L hình trụ mắc trong mạch điện như Hình 23.2. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong vòng dây dẫn (C) khi cho vòng dây dẫn :

a) Dịch chuyển ra xa ống dây dẫn L.

b) Đứng yên và cho biến trở R_xtăng dần.

Hướng dẫn giải

a) Nếu ta chọn chiều dương trên vòng dây dẫn (C) thuận với chiều dòng điện I₁ chạy trong ống dây hình trụ L, thì khi cho vòng dây (C) dịch chuyển ra xa ống dây L : từ thông qua vòng dây (C) sẽ giảm. Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng i_c xuất hiện trong vòng dây dẫn (C) phải có chiều sao cho từ trường cảm ứng của dòng i_c có tác dụng chống lại sự giảm từ thông qua nó, tức là các đường sức từ của dòng i_c phải cùng chiều với các đường sức từ của ống dây L. Như vậy, chiều dòng điện cảm ứng i_c trong vòng dây dẫn (C) thuận theo chiều dương đã chọn.

b) Nếu cho biến trở R_x tăng dần thì điện trở toàn mạch (R + r) tăng và dòngđiện mạch chính: \(I= {E \over {R+r}}\) giảm. Do đó, hiệu điện thế U giữa hai đầu ống dây L (bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện E) tăng, nên dòng điện I₁ chạy qua ống dây L tăng và từ thông qua vòng dây dẫn (C) tăng theo. Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng i_c xuất hiện trong vòng dây dẫn (C) phải có chiều sao cho từ trường cảm ứng của dòng i_c có tác dụng chống lại sự tăng từ thông qua nó, tức là các đường sức từ của dòng i_c phải ngược chiều với các đường sức từ của ống dây L. Như vậy, chiều dòng điện cảm ứng i_c trong vòng dây dẫn (C) ngược với chiều dương đã chọn.

Bài 23.10* trang 59 Sách bài tập (SBT) Vật Lí 11

Một khung dây dẫn hình chữ nhật MNPQ đặt trong cùng một mặt phảng với một mạch điện như Hình 23.3. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây dẫn MNPQ khi :

a) Khoá K đang ngắt, sau đó đóng lại.

b) Khoá K đang đóng, sau đó dịch chuyển con chạy C về phía bên phải

Hướng dẫn giải

Trước tiên, ta nhận thấy từ trường \(\overrightarrow B \) của dòng điện I chạy trong mạch điện có các đường sức từ xuyên vuông góc qua khung dây dẫn MNPQ từ phía trước ra phía sau (Hình 23.4G).

a) Khi khoá K đang ngắt, sau đó được đóng lại thì dòng điện I trong mạch điện tăng nhanh, do đó từ thông qua khung dây dẫn MNPQ tăng theo.Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng i_c xuất hiện trong khung dây dẫn MNPQ phải có chiều thuận với chiều MNPQ sao cho từ trường cảm ứng của nó ngược hướng với từ trường \(\overrightarrow B \) , chống lại sự tăng từ thông qua khung dây MNPQ.

b) Khi khoá K đang đóng, sau đó dịch chuyển con chạy C về phía bên phải, thì điện trở mạch ngoài của nguồn điện Eđược tính bằng

\(R = {{{R_1}{R_x}} \over {{R_1} + {R_x}}} + ({R_0} - {R_x})\)

\(= {R_0} - {{R_x^2} \over {{R_1} + {R_x}}} = {R_0} - {1 \over {{{{R_1}} \over {R_x^2}} + {1 \over {{R_x}}}}}\)

trong đó R_x là điện trở của đoạn AC trên biến trở R_0. Ta nhận thấy, khi R_xtăng thì R giảm và dòng điện mạch chính \(I = {E \over {R + r}}\) có cường độ tăng, do đó từ thông qua khung dây dẫn MNPQ tăng theo. Như vậy, dòng điện cảm ứng i_c xuất hiện trong khung dây dẫn MNPQ phải có chiều thuận với chiều MNPQ sao cho từ trường cảm ứng của nó ngược hướng với từ trường \(\overrightarrow B \)  , chống lại sự tăng từ thông qua khung dây dẫn MNPQ.