Tự cảm – Suất điện động tự cảm – Năng lượng từ trường

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Tự cảm – Suất điện động tự cảm – Năng lượng từ trường, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.

Nội dung bài viết Tự cảm – Suất điện động tự cảm – Năng lượng từ trường:
Dạng 4:Tự cảm – Suất điện động tự cảm – Năng lượng từ trường 1. Kiến thức cơ bản a. Hiện tượng tự cảm Là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch kín. b. Mối liên hệ giữa từ thông và dòng điện + Cảm ứng từ B trong ống dây + Từ thông tự cảm qua ống dây (B vuông góc với mỗi mặt của vòng dây) Với L là độ tự cảm – hệ số tự cảm của ống dây, đơn vị là henri – H Với n là mật độ vòng dây: NV là thể tích ống dây: V lS (l là chiều dài ống dây và S là tiết diện ngang của ống dây) Trong mạch điện L được kí hiệu như hình vẽ bên. + Suất điện động tự cảm Kết luận: Suất điện động tự cảm xuất hiện trong hiện tượng tự cảm và có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của dòng điện trong mạch. – Năng lượng từ trường sinh ra bên trong ống dây – Mật độ năng lượng từ trường w bên trong ống dây.
Chú ý: Nếu ống dây có độ từ thẩm µ thì: + Cảm ứng từ B trong ống dây + Độ tự cảm: 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: a) Thiết lập công thức tính độ tự cảm của ống dây điện có chiều dài l, tiết diện S, gồm tất cả N vòng dây và lõi là không khí. b) Xét trường hợp ống dây trên có lõi làm bằng vật liệu sắt từ có độ từ thẩm là µ. Thiết lập công thức tính độ tự cảm của ống dây điện khi đó. c) Áp dụng l N 50 1000 cm vòng (lõi là không khí µ = 1) Lời giải a) Cảm ứng từ B trong vòng dây (lõi là không khí) + Cảm ứng từ B trong ống dây + Từ thông tự cảm qua ống dây (B vuông góc với mỗi mặt của vòng dây) + Độ tự cảm: b) Nếu ống dây có độ từ thẩm µ: + Cảm ứng từ B trong ống dây + Từ thông tự cảm qua ống dây (B vuông góc với mỗi mặt của vòng dây) + Độ tự cảm: Đáp án A. Ví dụ 2: Một ống dây có chiều dài là 1,5 m, gồm 2000 vòng dây, ống dây có đường kính là 40 cm. a) Hãy xác định độ tự cảm của ống dây. b) Cho dòng điện chạy trong ống dây, dòng điện tăng từ 0 đến 5 A trong thời gian 1 s, hãy xác định suất điện động tự cảm của ống dây. c) Hãy tính cảm ứng từ do dòng điện sinh ra trong ống dây khi dòng điện trong ống dây bằng 5 A? d) Năng lượng từ trường bên trong ống dây khi dòng điện qua ống dây có giá trị 5 A?
Lời giải a) Độ tự cảm bên trong ống dây: Đáp án B. b) Suất điện động tự cảm trong ống dây Đáp án A. c) Cảm ứng từ do dòng điện sinh ra trong ống dây: Đáp án C. d) Năng lượng từ trường sinh ra bên trong ống dây: Đáp án A. Ví dụ 3: Một ống dây dài 40 cm, có tất cả 800 vòng dây, diện tích tiết diện ngang của ống dây bằng 10 cm2. Ống dây được nối với 1 nguồn điện có cường độ tăng từ 04 A. a) Độ tự cảm của ống dây? b) Nếu suất điện động tự cảm của ống dây có độ lớn là 1,2V hãy xác định thời gian mà dòng điện đã biến thiên. Lời giải a) Độ tự cảm của ống dây Đáp án A. b) Suất điện động tự cảm sinh ra do có sự biến thiên của dòng điện trong ống dây: Đáp án B. Ví dụ 4: Một ống dây dài được quấn với mật độ 2000 vòng/mét. Ống dây có thể tích 500 cm3. Ống dây được mắc vào một mạch điện. Sau khi đóng công tắc dòng điện trong ống dây biến đổi theo thời gian theo đồ thị. Lúc đóng công tắc ứng với thời điểm t = 0. Tính suất điện động tự cảm trong ống: a) Sau khi đóng công tắc tới thời điểm t = 0,05s b) Từ thời điểm t = 0,05 s trở về sau.
Lời giải Độ tự cảm của ống dây a) Trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,05 s dòng điện tăng từ i = 0 A đến i = 5 A. Suất điện động tự cảm trong thời gian này: Đáp án A. b) Từ sau thời điểm t = 0,05 s dòng điện không đổi nên 0 0 tc i i eL Đáp án B. Ví dụ 5: Cho mạch điện như hình vẽ LE r = V điện trở của biến trở là R Ω 10. Điều chỉnh biến trở để trong 0,1 s điện trở của biến trở giảm còn 5Ω . a) Tính suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây trong khoảng thời gian nói trên. b) Tính cường độ dòng điện trong mạch trong khoảng thời gian nói trên Lời giải Gọi i là cường độ dòng điện do nguồn E sinh ra; ic là cường độ dòng điện tự cảm (do etc sinh ra). Khi biến trở có giá trị.