Công thức tính từ thông cực đại đơn giản, dễ hiểu - Vật lí lớp 11

Công thức tính từ thông cực đại đơn giản, dễ hiểu - Vật lí lớp 11
1. Giới thiệu từ thông và công thức tính từ thông
Từ thông là đại lượng vật lý đặc trưng cho lượng đường sức từ xuyên qua 1
diện tích nhất định. Từ thông được kí hiệu là và có đơn vị Weber (Wb).
Từ thông có thể dương hoặc âm, tùy thuộc vào hướng của vectơ cảm ứng từ
B và pháp tuyển của diện tích S.
Khi từ thông biến thiên, trong mạch kín sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng. Đây
là hiện tượng cảm ứng điện từ. Từ thông là 1 đại lượng vật lý quan trọng
trong vật lý. Nó có liên quan đến nhiều hiện tượng vật lý quan trọng, bao gồm
hiện tượng cảm ứng điện tử.
Công thức tính từ thông cực đại là 1 trong những công thức quan trọng trong
chương trình Vật lí 11. Công thức này được sử dụng để tính lượng từ thông
cực đại đi qua 1 diện tích nhất định khi cảm ứng từ và diện tích đó vuông góc với nhau
2. Công thức tính từ thông cực đại
2.1. Công thức tính từ thông cực đại
Công thức tính từ thông cực đại được viết như sau: Trong đó: +
max là từ thông cực đại (Wb)
+ N là số vòng dây của khung dây (vòng) + B là cảm ứng từ (T)
+ S là diện tích của khung dây (m2)
Ví dụ minh họa: 1 khung dây có 10 vòng, diện tích mỗi vòng là 50 cm2, đặt
trong 1 từ trường đều cos cảm ứng từ 0,5T. Hãy tính từ thông cực đại của khung dây. Lời giải: Theo công thức tính từ thông cực đại, ta có:
Vậy từ thông cực đại của khung dây là 25 Wb.
2.2. Công thức từ thông cực tiểu
Công thức từ thông cực tiểu được viết như sau: Trong đó:
min là từ thông cực tiểu (Wb)
Công thức này cho biết từ thông cực tiểu là 0. Điều này có nghĩa là khi góc
giữa vectơ cảm ứng từ B và pháp tuyến của diện tích S là 90 độ thì từ thông qua khung dây là 0.
Ví dụ minh họa: 1 khung dây hình tròn có bán kính 10 cm, đặt trong 1 từ
trường đều có cảm ứng từ 0,5T. Góc giữa vectơ cảm ứng từ B và pháp tuyến
của diện tích S là 90 độ. Hãy tính từ thông qua khung dây. Lời giải: Ta có: cos(90 độ) = 0
Vậy từ thông qua khung dây là 0.
2.3. Công thức tính từ thông qua khung dây
Công thức tính từ thông qua khung dây được viết như sau: Trong đó: + là từ thông (Wb) + B là cảm ứng từ (T) + S là diện tích (m2)
+ a là góc giữa vectơ cảm ứng từ B và pháp tuyến của diện tích S (rad).
Ví dụ minh họa: 1 khung dây hình tròn có bán kính 10cm, đặt trong 1 từ
trường đều có cảm ứng từ 0,5T. Góc giữa vectơ cảm ứng từ B và pháp tuyến
của diện tích S là 60 độ. Hãy tính từ thông qua khung dây. Lời giải:
Diện tích của khung dây được tính theo công thức: S = .r2 = 3,14.0,12 = 0,0314 m2 Từ thông qua khung dây được tính theo công thức:
Vậy từ thông qua khung dây là 0,0873 Wb.
3. Tính chất của từ thông
- Từ thông là 1 đại lượng vô hướng. Từ thông là 1 đại lượng đặc trưng cho
lượng từ trường đi qua 1 diện tích nhất định. Tuy nhiên, từ thông không có
hướng, chỉ có độ lớn.
- Từ thông có đơn vị đo là weber (Wb). 1 weber là lượng từ thông đi qua diện
tích 1m2 khi cảm ứng từ vuông góc với diện tích đó.
- Từ thông có thể dượng hoặc âm. Từ thông dương khi cảm ứng từ và pháp
tuyến của diện tích vuông góc với nhau. Từ thông âm khi cảm ứng từ và pháp
tuyến của diện tích tạo với nhau 1 góc nhọn.
- Từ thông tỉ lệ thuận với cảm ứng từ và diện tích. Từ thông được tính theo công thức
= B.S.cos(a). Khi tăng cảm ứng từ lên gấp đôi, thì từ thông
cũng sẽ tăng gấp đôi. Khi tăng diện tích lên gấp đôi, thì từ thông cũng sẽ tăng lên gấp đôi.
- Từ thông tỷ lệ nghịch với sin(a). Từ công thức tính từ thông ta thấy khi góc
giữa cảm ứng từ và pháp tuyến của diện tích càng nhỏ, thì từ thông càng lớn.
Khi góc giữa cảm ứng từ và pháp tuyến của diện tích càng lớn, thì từ thông càng nhỏ.
- Từ thông cực đại là từ thông đi qua 1 diện tích nhất định khi cảm ứng từ và
diện tích đó vuông góc với nhau.
4. Ý nghĩa của từ thông và ứng dụng của cảm ứng điện từ
Từ thông có ý nghĩa quan trọng trong hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi từ
thông qua 1 mạch kín biến thiên, trong mạch sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Dòng điện cảm ứng này có thể được sử dụng để tạo ra điện năng, biến đổi
điện áp hoặc đo các loại lượng vật lý.
Ứng dụng của cảm ứng điện từ
Cảm ứng điện từ có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tế bao gồm:
- Tạo ra điện năng: Máy phát điện là 1 thiết bị sử dụng hiện tượng cảm ứng
điện từ để tạo ra điện năng. Máy phát điện hoạt động dựa trên nguyên tắc
biến đổi cơ năng thành điện năng. Khi 1 nam châm quay trong 1 cuộn dây, từ
thông qua cuộn dây sẽ biến thiên. Điều này sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây.
- Biến đổi điện áp: Máy biến áp là 1 thiết bị sử dụng hiện tượng cảm ứng điện
tử để biến đổi điện áp. Máy biến áp hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng
điện tử giữa 2 cuộn dây. Khi 1 cuộn dây được cấp điện áp, từ thông qua cuộn
dây này sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây thứ hai.
- Đo các đại lượng vật lý: Các máy đo điện tử sử dụng hiện tượng cảm ứng
điện tử để đo các đại lượng vật lý như tốc độ, dòng chảy, áp suất,... Các máy
đo điện tử hoạt động dựa trên nguyên tắc biến đổi các đại lượng vật lý thành
từ thông. Từ thông này sau đó được sử dụng để tạo ra dòng điện cảm ứng,
dòng điện cảm ứng này được đo để xác định giá trị của đại lượng vật lý cần đo.
Ngoài ra, cảm ứng điện tử còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như
công nghiệp, y tế, khoa học,... 5. Bài tập vận dụng
Câu 1: 1 khung dây hình vuông có cạnh 10cm, đặt trong 1 từ trường đều có
cảm ứng từ 0,5 tesla. Khung dây đặt vuông góc với các đường sức từ. Tính từ thông qua khung dây. Lời giải:
Từ thông qua khung dây được tính theo công thức: Trong đó: là từ thông (Wb) B là cảm ứng từ (T)
S là diện tích khung dây (m2)
a là góc giữa vectơ cảm ứng từ và pháp tuyến của diện tích S (rad).
Ta có: B = 0,5T; S= 10^2 * 0,001 = 0,01m2; a = 0 độ Do đó, từ thông qua khung dây là: Đáp án:
Câu 2: 1 ống dây có chiều dài 10cm, bán kính 5cm, có 500 vòng dây. Nếu
ống dây đặt trong 1 từ trường đều có cảm ứng từ 1 tesla, thì từ thông qua ống dây là bao nhiêu? Lời giải:
Ta có: B = 1T; r = 5/2 = 2,5 cm = 0,025 m
Diện tích tiết diện của ống dây được tính theo công thức: S = .r^2
Do đó, từ thông qua ống dây là: Đáp án:
Câu 3: 1 khung dây hình chữ nhật có chiều dài 20 cm, chiều rộng 10 cm, đặt
trong 1 từ trường đều có cảm ứng từ 0,1 tesla. Khung dây đặt nghiêng 1 góc
30 độ so với các đường sức từ. Tính từ thông qua khung dây. Lời giải:
Ta có: B = 1T; S = 20 * 10 * 0,001 = 0,2m2; a = 30 độ Do đó, từ thông qua khung dây là: Đáp án:
Câu 4: 1 khung dây hình vuông cạnh 5 cm, đặt trong từ trường đều có cảm
ứng từ B = 4.10-4 T. Từ thông qua hình vuông đó bằng 10-6 Wb. Góc hợp
bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến với hình vuông đó là bao nhiêu. Lời giải:
Từ thông và cảm ứng từ đã cho, ta có: 10-6 = 4.10-4 x S x cos(a) cos(a) = 10-6 / (4.10-4 x S) cos(a) = 0,224
Góc a là góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây. Ta có: cos(a) = cos( ) cos(a) = -cos(a) 2cos(a) = 0
Vậy góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến với hình vuông đó là
Document Outline

• Công thức tính từ thông cực đại đơn giản, dễ hiểu
  • 1. Giới thiệu từ thông và công thức tính từ thông
  • 2. Công thức tính từ thông cực đại
    • 2.1. Công thức tính từ thông cực đại
    • 2.2. Công thức từ thông cực tiểu
    • 2.3. Công thức tính từ thông qua khung dây
  • 3. Tính chất của từ thông
  • 4. Ý nghĩa của từ thông và ứng dụng của cảm ứng đi
  • 5. Bài tập vận dụng