Bài toán về chiều của dòng điện cảm ứng

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Bài toán về chiều của dòng điện cảm ứng, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.

Nội dung bài viết Bài toán về chiều của dòng điện cảm ứng:
Dạng 1. Chiều của dòng điện cảm ứng A. Phương pháp giải Bước 1: Xác định từ trường ban đầu (từ trường của nam châm) theo quy tắc “Vào nam (S) ra Bắc (N)” Bước 2: Xác định từ trường cảm ứng Bc do khung dây sinh ra theo định luật Lenxơ. Xét từ thông qua khung dây tăng hay giảm Nếu Φ tăng thì Bc ngược chiều B , nếu Φ giảm thì Bc cùng chiều B. Quy tắc chung: gần ngược – xa cùng. Nghĩa là khi nam châm hay khung dây lại gần nhau thì Bc và B ngược. Còn khi ra xa nhau thì Bc và B ngược Bước 3: Xác định dòng điện cảm ứng sinh ra trong khung dây theo qui tắc nắm tay phải. B. VÍ DỤ MẪU Ví dụ tổng quát: Dùng định luật Len – xơ xác định chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây dẫn trong các trường hợp sau: a) Thanh nam châm rơi đến gần khung dây, sau đó đi qua khung dây và rơi ra khỏi khung dây. b) Con chạy của biến trở R di chuyển sang phải. c) Đưa khung dây ra xa dòng điện d) Đóng khóa K. e) Giảm cường độ dòng điện trong ống dây. f) Khung dây ban đầu trong từ trường hình vuông, sau đó được kéo thành hình chữ nhật ngày càng dẹt đi. N S D C B A a) d) K A B D C A B D C v I c) I D C A B b) 59.
Hướng dẫn giải a) Thanh nam châm rơi đến gần khung dây, sau đó đi qua khung dây và rơi ra khỏi khung dây. + Cảm ứng từ B của nam châm có hướng vào S ra N. + Khi nam châm rơi lại gần khung dây ABCD thì cảm ứng từ cảm ứng Bc của khung dây có chiều ngược với với cảm ứng từ B. Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A → D → C → B → A như hình. + Sau khi nam châm qua khung dây thì nàm châm sẽ ra xa dần khung dây nên lúc này cảm ứng từ cảm ứng Bc của khung dây có chiều cùng với với cảm ứng từ B. Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A → B → C → D → A. b) Con chạy của biến trở R di chuyển sang phải + Dòng điện tròn sinh ra cảm ứng từ B có chiều từ trong ra ngoài. + Khi biến trở dịch chuyển sang phải thì điện trở R tăng nên dòng điện I trong mạch giảm → cảm ứng từ B do vòng dây tròn sinh ra cũng giảm → từ thông giảm → từ trường cảm ứng Bc sẽ cùng e) A B D C BC B S N A B D C BC B S N A B D C I Bc D C A B I B c I f) A B D C.
Kéo B Kéo 60 chiều với từ trường của dòng điện tròn (chiều từ trong ra ngoài) + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A → B → C → D → A. c) Đưa khung dây ra xa dòng điện + Cảm ứng từ B do dòng điện I gây ra ở khung dây ABCD có chiều từ ngoài vào trong. + Vì khung dây ra xa dòng điện I nên từ thông giảm → từ trường cảm ứng Bc của khung dây sẽ cùng chiều với từ trường B. + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A → B → C → D → A. d) Đóng khóa K. + Khi đóng khóa K trong mạch có dòng điện I tăng từ 0 đến I + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải xác định được chiều cảm ứng từ B bên trong ống dây có chiều như hình + Vì dòng điện có cường độ tăng từ 0 đến I nên từ thông cũng tăng suy ra cảm ứng từ cảm ứng Bc sẽ có chiều ngược với chiều của cảm ứng từ B.
Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A → B → C → D → A. e) Giảm cường độ dòng điện trong ống dây. + Cảm ứng từ B bên trong ống dây có chiều từ trên xuống như hình. + Vì cường độ dòng điện giảm nên từ thông gửi qua khung dây ABCD giảm do đó cảm ứng từ cảm ứng Bc cùng chiều với cảm ứng từ B của ống dây + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A → D → C → B → A. f) Kéo khung dây thành hình chữ nhật ngày càng dẹt đi B Bc I c A I B D C A B D C v I c I B Bc + + A B D C B Bc c I 61 S N Khi hai hình có cùng chu vi thì hình vuông có diện tích lớn hơn hình chữ nhật. Do đó, trong quá trình kéo thì diện tích của khung giảm dần, dẫn đến từ thông qua khung giảm ⇒ từ trường cảm ứng C B cùng chiều với B ⇒ dòng điện cảm ứng IC có chiều ABCDA.
C. BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1. Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây kín ABCD, biết rằng cảm ứng từ B đang giảm dần. Bài 2. Một nam châm đưa lại gần vòng dây như hình vẽ. Hỏi dòng điện cảm ứng trong vòng dây có chiều như thế nào và vòng dây sẽ chuyển động về phía nào? Bài 3. Cho hệ thống như hình. Khi nam châm đi lên thì dòng điện cảm ứng trong vòng dây sẽ có chiều như thế nào? Vòng dây sẽ chuyển động như thế nào? Bài 4. Hai vòng dây dẫn tròn cùng bán kính đặt đồng tâm, vuông góc nhau, cách điện với nhau. Vòng một có dòng điện I đi qua. Khi giảm I, trong vòng hai có dòng điện cảm ứng không ? Nếu có, hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng trên hình vẽ kéo B Bc A B D C I kéo S N C B B D A B 62 G P Q C N M A R B Bc c I S N Bài 5. Thí nghiệm được bố trí như hình vẽ. Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong mạch C khi con chạy của biến trở đi xuống?
D. HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1. + Vì cảm ứng từ B đang giảm nên từ thông giảm, do đó cảm ứng từ Bc phải cùng chiều với cảm ứng từ B. + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng có chiều cùng với chiều kim đồng hồ. Bài 2. + Cảm ứng từ của nam châm có chiều vào S ra N + Vì nam châm đang lại gần nên cảm ứng từ cảm ứng Bc ngược chiều với cảm ứng từ B của nam châm ⇒ cảm ứng từ Bc có chiều từ phải sang trái + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng có chiều như hình vẽ. + Cảm ứng từ cảm ứng của khung dây có chiều vào mặt Nam ra ở mặt bắc ⇒ mặt đối diện của khung dây với nam châm là mặt bắc + Vì cực bắc của nam châm lại gần mặt bắc của vòng dây nên vòng dây bị đẩy ra xa. Bài 3. + Từ trường do nam châm sinh ra có chiều vào S ra N (chiều từ trên xuống dưới) + Nam châm đang đi ra xa nên từ trường cảm ứng Bc do khung dây sinh ra có chiều cùng chiều với chiều của từ Bc B S N c I C B B D A Bc c I 63 trường B của nam châm từ trên xuống.
Áp dụng quy tắc nắm tay phải suy ra chiều dòng điện cảm ứng như hình. + Cảm ứng từ do khung dây sinh ra (cảm ứng từ cảm ứng) có chiều đi vào mặt nam và ra ở mặt bắc. + Vì mặt nam của khung dây đối diện với cực bắc của nam châm nên chúng sẽ hút nhau do đó khung dây chuyển động lên trên. Bài 4. Từ trường của dòng điện I trong vòng dây tròn 1 có phương vuông góc với mặt phẳng vòng dây 1, nghĩa là song song với mặt phẳng vòng dây 2. Do vậy khi I biến thiên thì từ trường do I gây ra biến thiên nhưng các đường sức điện song song với mặt phẳng vòng dây 2 nên từ thông qua vòng dây 2 bằng không nên không có dòng điện cảm ứng xuất hiện trong vòng dây 2. Bài 5. + Dòng điện trong mạch điện chạy từ M đến N có chiều từ cực dương sang cực âm nên cảm ứng từ B do dòng điện chạy trong mạch MN gây ra trong mạch kín C có chiều từ trong ra ngoài. + Khi con chạy biến trở đi xuống thì điện trở giảm nên dòng điện tăng ⇒ cảm ứng từ B tăng nên từ thông qua mạch C tăng ⇒ cảm ứng từ cảm ứng Bc phải ngược chiều với B. + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng có chiều cùng với chiều kim đồng hồ.