Bài Giải Về Suất Điện Động Cảm Ứng Trong Khung Dây môn Vật lý đại cương 2 | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

Bài giải chuẩn mực
5.3: Tại tâm của một khung dây tròn phẳng gồm N1 = 50 vòng, mỗi vòng có bán kính R
= 20cm, người ta đặt một khung dây nhỏ gồm N2 = 100 vòng, diện tích mỗi vòng S = 1
cm2. Khung dây nhỏ này quay xung quanh một đường kính của khung dây lớn với vận
tốc không đổi ω = 300 vòng/s. Tìm giá trị cực đại của suất điện động xuất hiện trong
khung nếu dòng điện chạy trong khung lớn có cường độ I = 10 A. (Giả thiết lúc đầu các
mặt phẳng của hai khung trùng nhau). 1. Tóm tắt
Đề cho: 2 Khung dây tròn, phẳng
o Khung lớn: N1 = 50 (vòng), R = 20 (cm)
o Khung nhỏ: N2 = 100 (vòng), S = 1 (cm2)
o Khung nhỏ đặt trên cùng mặt phẳng, tại tâm khung lớn và quay xung quanh một
đường kính của khung lớn với vận tốc ω = 300 (vòng/s)
Yêu cầu: Tìm E max trong khung nhỏ khi Ikhung lớn = 10 (A)
2. Phân tích, đề xuất hướng giải - Hiện tượng:
- Khung lớn có dòng điện I không đổi chạy qua => tạo ra từ trường đều 𝐵 => áp
dụng quy tắc bàn tay trái tìm 𝐵 . Tại thời điểm t = 0, 𝐵 vuông góc với mặt phẳng chứa 2 khung
- Khung nhỏ quay trong khung lớn với vận tốc góc không đổi ω => Từ thông gửi
qua mặt khung nhỏ sẽ biến thiên 1 cách tuần hoàn => Trong khung sẽ xuất hiện
dòng điện cảm ứng => Xuất hiện Suất điện động cảm ứngE
- Hướng giải: Tính B = 𝑁 𝜇0𝐼 1
2𝑅 => 𝜙 = NBScos(𝛼) => E = - ⅆ𝜙 ⅆ𝑡 = -𝜙′ =>E max 3. Bài giải
- Từ trường do khung dây lớn gửi qua là : 𝐵 = 𝑁 𝜇0𝐼 1 2𝑅
- Từ thông khung dây lớn gửi qua khung dây nhỏ là: 𝜙 = 𝑁2BScos(𝛼)
Trong đó 𝛼 = (𝑛, 𝐵 ) = ωt
= > 𝜙 = 𝑁1𝑁2𝜇0𝐼S 2𝑅 cos(ωt)
- Suất điện động xuất hiện trong khung nhỏ là: E = −𝜙′ = 𝑁1𝑁2𝜇0𝐼Sω2𝑅 sin(ωt)
=> E max =𝑁1𝑁2𝜇0𝐼Sω
2𝑅 khi sin(ωt) = 1 ( 𝛼 = 90° khung bé song song với 𝐵 )
- Thay số ta được E max =50.100.4𝜋 10 . −7 10 . 10 . −4 300 . .2𝜋 2.0,2 ≈ 3. 10−2(𝑉) 4. Nhận xét, đánh giá
- Là một dạng bài cơ bản về tính suất điện động cảm ứng
- Đề bài dài cần biết tìm từ khóa và các dữ liệu quan trọng để tránh nhầm lẫn,
trực quan và dễ hiểu hơn.
- Hiểu đúng hiện tượng vật lý và áp dụng các công thức đã học về B, 𝜙,E .
5. Ứng dụng thực tế: Bếp từ a. Nguồn gốc ra đời
- Bếp từ là một thiết bị thông minh được kế thừa
từ việc phát minh ra dòng từ trường của nhà vật
lý học Faraday, và nguyên lý cảm ứng điện từ
dòng điện Fu-cô vào thế kỷ thứ 19.
- Cảm ứng từ được sử dụng lần đầu tiên để tỏa
nhiệt vào giữa thế kỷ 20, chủ yếu ở những
ngành công nghiệp nặng và sắt thép (lò cảm
ứng). Đến tận 150 năm sau, các chuyên viên
nghiên cứu nhóm Thomson mới nghiên cứu chế
tạo và ứng dụng để tạo ra chiếc bếp từ đầu tiên.
b. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
- Bộ phận quan trọng nhất: cuộn dây tròn, được cuốn bởi các vòng dây đồng siêu
bền, được cuộn trên một mặt phẳng, có tác dụng tạo ra từ trường biến thiên với tần số cao.
- Ngoài ra còn có mặt bếp được làm từ kính hoặc các vật liệu khác chịu được
nhiệt độ cao và những chiếc nồi có đáy được làm bằng các vật liệu nhiễm từ tốt
- Nguyên lý hoạt động: hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ dòng điện
Fu-cô. Khi bếp bắt đầu hoạt động, dòng điện chạy qua cuộn dây đồng đặt dưới
mặt kính và sinh ra dòng từ trường trong phạm vi vài milimet trên mặt bếp. Đáy
nồi làm bằng vật liệu nhiễm từ nằm trong phạm vi này được dòng từ trường tác
động khiến các phân tử nhiễm từ ở đấy nồi giao động mạnh và tự sinh ra nhiệt.
Nhiệt lượng này chỉ có tác dụng với đáy nồi không tác động vào mặt kính và
hoàn toàn không thất thoát ra môi trường.
- Không giống như những phương thức nấu ăn khác, nấu trên bếp từ chỉ có nồi
được làm nóng, còn bề mặt bếp hoàn toàn cách nhiệt. Nhiệt độ của bếp không
bao giờ cao hơn nhiệt đột của đáy nồi. Thực tế, đáy nồi được chuyển hóa từ
năng lượng từ trường sang năng lượng nhiệt. Lượng điện tiêu thụ chuyển hóa
lên tới 80-96% thành lượng nhiệt đun nấu, tiết kiệm điện. Cũng chính vì vậy,
bếp từ chỉ có thể sử dụng được với các loại nồi có đáy bằng kim loại hoặc vật liệu nhiễm từ.