Cảm ứng điện từ. Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều
Dòng điện cảm ứng, hiện tượng cảm ứng điện từ & dòng điện xoay chiều
Trong các bài trước, các em đã biết dòng điện được tạo ra từ nguồn điện (pin, ắc-quy). Trong bài này, ta sẽ tìm hiểu một cách tạo dòng điện hoàn toàn khác — dùng nam châm!
▸ Thí nghiệm 1: Dùng nam châm vĩnh cửu
Hiện tượng: Khi đưa cực Bắc (N) của thanh nam châm lại gần hoặc ra xa cuộn dây dẫn nối với điện kế, kim điện kế bị lệch.
Giải thích: Kim điện kế lệch chứng tỏ trong cuộn dây xuất hiện dòng điện. Dòng điện này được tạo ra từ nam châm (chứ không phải từ pin) → ta gọi nó là dòng điện cảm ứng.
▸ Bản chất: số đường sức từ biến thiên
Để hiểu vì sao xuất hiện dòng điện cảm ứng, ta dùng khái niệm đường sức từ:
→ Khi nam châm chuyển động, số đường sức từ qua cuộn dây thay đổi (biến thiên) → xuất hiện dòng điện cảm ứng.
▸ Thí nghiệm 2: Dùng nam châm điện
Đặt nam châm điện trước cuộn dây dẫn nối điện kế. Bật/tắt công tắc K → quan sát kim điện kế:
▸ Các cách làm số đường sức từ biến thiên
▸ Khi nào CÓ và KHÔNG CÓ dòng điện cảm ứng?
• Cuộn dây chuyển động cắt đường sức từ.
• Đóng/mở mạch nam châm điện.
• Quay nam châm hoặc cuộn dây trong từ trường.
• Bóp/giãn cuộn dây trong từ trường.
• Cuộn dây di chuyển song song đường sức từ.
• Mạch nam châm điện đã đóng/mở ổn định, dòng điện không đổi.
• Cuộn dây và nam châm cùng chuyển động cùng vận tốc (đứng yên tương đối).
→ KHÔNG. Mặc dù từ trường rất mạnh nhưng số đường sức từ qua cuộn dây không đổi → không có dòng điện cảm ứng.
▸ Thí nghiệm với nam châm quay
Mắc hai đèn LED song song ngược cực với nhau (LED 1 chỉ sáng khi dòng đi theo chiều nhất định, LED 2 chỉ sáng khi dòng đi ngược lại). Đặt cuộn dây kín cạnh một nam châm đang quay.
Hiện tượng: Hai đèn LED sáng luân phiên nhau → chứng tỏ dòng điện cảm ứng đổi chiều liên tục.
Giải thích: Khi nam châm quay → các cực N, S lần lượt lại gần và ra xa cuộn dây → số đường sức từ qua cuộn dây tăng rồi giảm luân phiên → dòng điện cảm ứng đổi chiều theo. Đó chính là dòng điện xoay chiều.
▸ Tần số & số lần đổi chiều
Điện gia đình ở Việt Nam: $f = 50$ Hz.
→ Trong $1$ giây: $2 \times f$ lần.
VD: $f = 50$ Hz → $2 \times 50 = 100$ lần/giây.
• Trong $1$ giây: đổi chiều $2 \times 50 = 100$ lần.
• Trong $0{,}5$ giây: đổi chiều $100 \times 0{,}5 = 50$ lần.
• Trong $5$ giây: đổi chiều $100 \times 5 = 500$ lần.
▸ Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều
Có 2 cách tạo dòng điện xoay chiều:
→ Khi cuộn dây quay, các đường sức từ qua tiết diện cuộn dây tăng giảm luân phiên.
→ Khi nam châm quay, các cực N, S lần lượt áp gần rồi rời xa cuộn dây.
▸ Cấu tạo máy phát điện xoay chiều cơ bản
Cấu tạo cơ bản gồm:
▸ Ứng dụng
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm hình ảnh các thí nghiệm, các phương pháp giải chi tiết các dạng bài tập (nhận biết trường hợp xuất hiện/không xuất hiện dòng điện cảm ứng, giải thích hoạt động đinamô và máy phát điện, tính tần số), nhiều ví dụ kèm lời giải, sơ đồ tư duy và sai lầm thường gặp, các em hãy đọc bài viết bên dưới:
Trọn bộ lý thuyết, các thí nghiệm cơ bản, hai cách tạo dòng điện xoay chiều, cấu tạo máy phát điện và phương pháp giải các dạng bài tập điển hình.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 22 câu bám sát chương trình SGK!
Cùng luyện bài Cảm ứng điện từ!
22 câu: 17 trắc nghiệm · 3 đúng/sai · 2 tự luận
Tuyệt vời!
Cô Trần Thị Thanh Thảo
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS
Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu