Suất điện động xoay chiều
1. Hiện tượng cảm ứng điện từ
- Vấn đề này không mới, vì ở lớp 11 chúng ta đã được học rồi. Hoc24 xin nhắc lại để bạn hiểu làm thế nào chúng ta có thể tạo ra một dòng điện xoay chiều.
- Khi khung dây đặt trong từ trường \(\vec{B}\) thì các đường sức từ xuyên qua khung dây, thông lượng của đường sức từ qua khung gọi là từ thông, giá trị này được tính là: \(\phi=N.B.S.\cos\alpha\)
- N là số vong dây của khung
- B là độ lớn cảm ứng từ
- S là diện tích khung dây
- \(\alpha\) góc tạo bởi véc tơ pháp tuyến của khung \(\vec{n}\) và cảm ứng từ \(\vec{B}\)
- Hiện tượng cảm ứng điện từ: Từ thông qua khung dây biến thiên thì trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng, với suất điện động cảm ứng được xác định: \(e_{cư}=-\frac{\Delta\phi}{\Delta t}\) (dấu "-" để phù hợp với quy tắc len-xơ).
- Giá trị tức thời của \(e_{cư}\)được xác định khi cho thời gian \(\Delta t\rightarrow0\), khi đó theo định nghĩa đạo hàm, ta có: \(e_{cư}=-\phi'_{\left(t\right)}\)
2. Bài toán khung dây quay trong từ trường
- Bài toán này chính là hiện tượng mô tả ở video trên, biết rằng khung dây quay đều trong từ trường đều gồm N vòng dây, tiết diện S, ban đầu véc tơ pháp tuyến của khung hợp với véc tơ cảm ứng từ \(\vec{B}\) một góc là \(\varphi\). Tốc độ quay của khung là \(\omega\) (rad/s).
- Như vậy, ta có:
- Tại thời điểm t, \(\alpha=\left(\vec{n},\vec{B}\right)=\omega t+\varphi\)
- Từ thông qua khung dây: \(\phi=NBS.\cos\alpha=NBS.\cos\left(\omega t+\varphi\right)\)
- Theo hiện tượng cảm ứng điện từ, suất điện động cảm ứng ở hai đầu khung dây: \(e_{cư}=-\phi'_{\left(t\right)}=\omega NBS.\sin\left(\omega t+\varphi\right)\)
- Đặt: \(E_0=\omega NBS\), là suất điện động cực đại 2 đầu khung dây.
- \(\Rightarrow e_{cư}=E_0\sin\left(\omega t+\varphi\right)\)
3. Kết luận
- Suất điện động cảm ứng xuất hiện ở hai đầu khung dây có biểu thức: \(e_{cư}=E_0\sin\left(\omega t+\varphi\right)\)
- \(E_0=\omega NBS\)
- \(\varphi=\left(\vec{n},\vec{B}\right)\)ở thời điểm ban đầu (t = 0)
- \(e_{cư}\)là một đại lượng biến thiên điều hòa theo thời gian.
4. Bài tập ví dụ