Hệ Số Tự Cảm L Và Công Thức Độ Tự Cảm Chi Tiết Có Ví Dụ

Trang chủ > Công Thức > Bài hiện tại.

I. GIỚI THIỆU VỀ HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM

1. Hiện tượng tự cảm là gì?

Định nghĩa: Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong chính mạch điện kín khi dòng điện trong mạch đó biến thiên.

Nguyên nhân:

  • Khi dòng điện trong mạch thay đổi (tăng hoặc giảm)
  • Từ trường do dòng điện sinh ra cũng thay đổi
  • Từ thông qua chính mạch đó thay đổi
  • Xuất hiện suất điện động cảm ứng trong chính mạch (suất điện động tự cảm)

Đặc điểm quan trọng: Suất điện động tự cảm luôn có xu hướng chống lại sự biến thiên của dòng điện (theo định luật Lenz):

  • Khi dòng điện tăng → suất điện động tự cảm chống lại sự tăng
  • Khi dòng điện giảm → suất điện động tự cảm chống lại sự giảm

Kết quả: Hiện tượng tự cảm có tác dụng duy trì dòng điện, làm cho dòng điện không thể thay đổi đột ngột.

2. Độ tự cảm (hệ số tự cảm)

Định nghĩa: Độ tự cảm (hay hệ số tự cảm) là đại lượng đặc trưng cho khả năng tự cảm của cuộn dây, phụ thuộc vào cấu tạo hình học của cuộn dây.

Ký hiệu: L (chữ in hoa L)

Đơn vị:

  • Đơn vị chính: H (Henry – đọc là “hen-ri”)
  • Đơn vị phụ:
    • mH (milihenry): 1 H = 1000 mH = 10³ mH
    • μH (microhenry): 1 H = 1,000,000 μH = 10⁶ μH
    • 1 mH = 1000 μH = 10³ μH

Ý nghĩa vật lý:

  • Độ tự cảm L lớn → khả năng tự cảm mạnh → dòng điện khó thay đổi
  • Độ tự cảm L nhỏ → khả năng tự cảm yếu → dòng điện dễ thay đổi

II. CÔNG THỨC TỪ THÔNG TỰ CẢM

1. Từ thông riêng của cuộn dây

Định nghĩa: Từ thông riêng (hay từ thông tự cảm) là từ thông do chính dòng điện trong cuộn dây tạo ra, xuyên qua chính cuộn dây đó.

Công thức từ thông tự cảm:

$$\boxed{\Phi = LI}$$

Trong đó:

  • $\Phi$: từ thông tự cảm qua cuộn dây (đơn vị: Wb – Weber)
  • $L$: độ tự cảm của cuộn dây (đơn vị: H – Henry)
  • $I$: cường độ dòng điện qua cuộn dây (đơn vị: A – Ampere)

Ý nghĩa:

  • Từ thông tự cảm tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện
  • Hệ số tỉ lệ chính là độ tự cảm L
  • L càng lớn thì cùng dòng điện I sẽ tạo ra từ thông Φ càng lớn

2. Độ tự cảm từ từ thông

Từ công thức $\Phi = LI$, ta có:

$$\boxed{L = \frac{\Phi}{I}}$$

Đơn vị: $$[L] = \frac{[Phi]}{[I]} = \frac{\text{Wb}}{\text{A}} = \text{H (Henry)}$$

Định nghĩa độ tự cảm: Độ tự cảm của cuộn dây có giá trị bằng 1 Henry khi dòng điện 1 Ampere chạy qua cuộn dây tạo ra từ thông 1 Weber xuyên qua chính cuộn dây đó.

Ý nghĩa:

  • L phụ thuộc vào cấu tạo cuộn dây (số vòng, kích thước, có lõi hay không)
  • L không phụ thuộc vào dòng điện I

3. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Tính độ tự cảm cơ bản

Đề bài: Khi dòng điện qua một cuộn dây là 2A, từ thông tự cảm qua cuộn dây là 0.4 Wb. Tính độ tự cảm của cuộn dây.

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$L = \frac{\Phi}{I}$$

Thay số: $$L = \frac{0.4}{2} = 0.2 \text{ H} = 200 \text{ mH}$$

Kết luận: Độ tự cảm của cuộn dây là 0.2 H = 200 mH.

Ví dụ 2: Tính từ thông

Đề bài: Một cuộn dây có độ tự cảm L = 0.5 H. Khi dòng điện qua cuộn dây là 3A, tính từ thông tự cảm qua cuộn dây.

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$\Phi = LI$$

Thay số: $$\Phi = 0.5 \times 3 = 1.5 \text{ Wb}$$

Kết luận: Từ thông tự cảm là 1.5 Wb.

III. CÔNG THỨC SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TỰ CẢM

1. Định luật về suất điện động tự cảm

Định luật: Khi dòng điện trong cuộn dây biến thiên, trong cuộn dây xuất hiện suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của dòng điện.

Công thức suất điện động tự cảm:

$$\boxed{e_{tc} = -L\frac{\Delta I}{\Delta t}}$$

Hoặc dạng đạo hàm (vi phân):

$$\boxed{e_{tc} = -L\frac{dI}{dt}}$$

Trong đó:

  • $e_{tc}$: suất điện động tự cảm (đơn vị: V – Volt)
  • $L$: độ tự cảm (đơn vị: H – Henry)
  • $\Delta I$: độ biến thiên của dòng điện (đơn vị: A)
  • $\Delta t$: khoảng thời gian biến thiên (đơn vị: s – giây)
  • $\frac{\Delta I}{\Delta t}$: tốc độ biến thiên dòng điện (A/s)
  • Dấu (-): thể hiện định luật Lenz (chống lại sự biến thiên)

2. Ý nghĩa của dấu trừ

Định luật Lenz: Dấu trừ trong công thức thể hiện rằng suất điện động tự cảm luôn có chiều chống lại sự biến thiên của dòng điện.

Hai trường hợp:

a) Khi dòng điện tăng ($\Delta I > 0$):

  • Suất điện động tự cảm $e_{tc} < 0$ (dấu âm)
  • Chiều của $e_{tc}$ ngược với chiều dòng điện I
  • Tác dụng: Chống lại sự tăng của dòng điện

b) Khi dòng điện giảm ($\Delta I < 0$):

  • Suất điện động tự cảm $e_{tc} > 0$ (dấu dương)
  • Chiều của $e_{tc}$ cùng với chiều dòng điện I
  • Tác dụng: Chống lại sự giảm của dòng điện

Nguyên tắc chung: Suất điện động tự cảm luôn có xu hướng duy trì trạng thái dòng điện ban đầu, làm cho dòng điện không thể thay đổi đột ngột.

3. Độ lớn suất điện động tự cảm

Trong nhiều bài toán, ta chỉ quan tâm đến độ lớn của suất điện động tự cảm:

$$\boxed{|e_{tc}| = L\left|\frac{\Delta I}{\Delta t}\right|}$$

Nhận xét:

  • Độ lớn suất điện động tự cảm tỉ lệ với độ tự cảm L
  • Tỉ lệ với tốc độ biến thiên của dòng điện $\left|\frac{\Delta I}{\Delta t}\right|$
  • Dòng điện thay đổi càng nhanh → suất điện động tự cảm càng lớn

4. Ví dụ minh họa

Ví dụ 3: Dòng điện giảm

Đề bài: Một cuộn dây có độ tự cảm L = 0.5 H. Dòng điện qua cuộn dây giảm đều từ 4A xuống 0A trong thời gian 0.1s. Tính độ lớn suất điện động tự cảm xuất hiện trong cuộn dây.

Lời giải:

Bước 1: Tính độ biến thiên dòng điện $$\Delta I = I_{cuối} – I_{đầu} = 0 – 4 = -4 \text{ A}$$

Bước 2: Tính độ lớn suất điện động tự cảm $$|e_{tc}| = L\frac{|\Delta I|}{\Delta t}$$ $$|e_{tc}| = 0.5 \times \frac{|-4|}{0.1}$$ $$|e_{tc}| = 0.5 \times \frac{4}{0.1}$$ $$|e_{tc}| = 0.5 \times 40 = 20 \text{ V}$$

Kết luận: Độ lớn suất điện động tự cảm là 20V.

Ví dụ 4: Tốc độ biến thiên dòng điện

Đề bài: Một cuộn dây có độ tự cảm L = 2 H. Dòng điện qua cuộn dây tăng đều với tốc độ 5 A/s. Tính độ lớn suất điện động tự cảm.

Lời giải:

Tốc độ biến thiên: $\frac{dI}{dt} = 5$ A/s

Áp dụng công thức: $$|e_{tc}| = L\left|\frac{dI}{dt}\right|$$ $$|e_{tc}| = 2 \times 5 = 10 \text{ V}$$

Kết luận: Độ lớn suất điện động tự cảm là 10V.

Ví dụ 5: Tìm độ tự cảm

Đề bài: Dòng điện qua cuộn dây tăng từ 0 đến 5A trong 0.02s, suất điện động tự cảm có độ lớn 50V. Tính độ tự cảm của cuộn dây.

Lời giải:

Từ công thức: $$|e_{tc}| = L\frac{|\Delta I|}{\Delta t}$$

Suy ra: $$L = \frac{|e_{tc}| \times \Delta t}{|\Delta I|}$$

Thay số: $$L = \frac{50 \times 0.02}{5} = \frac{1}{5} = 0.2 \text{ H} = 200 \text{ mH}$$

Kết luận: Độ tự cảm của cuộn dây là 0.2 H = 200 mH.

5. Năng lượng từ trường trong cuộn cảm

Công thức năng lượng từ trường:

$$\boxed{W = \frac{1}{2}LI^2}$$

Trong đó:

  • $W$: năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn cảm (đơn vị: J – Joule)
  • $L$: độ tự cảm (đơn vị: H)
  • $I$: cường độ dòng điện tức thời (đơn vị: A)

Ý nghĩa:

  • Khi có dòng điện chạy qua cuộn cảm, năng lượng được tích lũy dưới dạng năng lượng từ trường
  • Năng lượng này tỉ lệ với bình phương dòng điện
  • Khi ngắt mạch, năng lượng này được giải phóng (gây tia lửa điện)

Ví dụ 6: Một cuộn cảm có L = 0.2 H, dòng điện qua cuộn dây là I = 5A. Tính năng lượng từ trường.

Lời giải: $$W = \frac{1}{2}LI^2 = \frac{1}{2} \times 0.2 \times 5^2 = 0.1 \times 25 = 2.5 \text{ J}$$

Lưu ý: Công thức này tương tự như công thức động năng $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$

IV. CÔNG THỨC ĐỘ TỰ CẢM CỦA ỐNG DÂY

1. Công thức độ tự cảm của ống dây hình trụ

Ống dây dài (solenoid) không có lõi:

Xét ống dây hình trụ dài, có:

  • N: số vòng dây
  • l: chiều dài ống dây (m)
  • S: tiết diện ống dây (m²)
  • Không có lõi từ (trong không khí)

Công thức:

$$\boxed{L = \frac{\mu_0 N^2 S}{l}}$$

Trong đó:

  • $L$: độ tự cảm (H)
  • $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}$ H/m: hằng số từ (độ từ thẩm của chân không)
  • $N$: số vòng dây (không có đơn vị)
  • $S$: tiết diện ống dây (m²)
  • $l$: chiều dài ống dây (m)

Lưu ý quan trọng: L tỉ lệ với $N^2$ (bình phương số vòng dây), không phải N!

2. Công thức có lõi sắt từ

Khi ống dây có lõi sắt từ (hoặc chất từ khác):

$$\boxed{L = \frac{\mu_0 \mu_r N^2 S}{l}}$$

Trong đó:

  • $\mu_r$: độ từ thẩm tương đối của chất làm lõi (không có đơn vị)

Giá trị $\mu_r$ của một số chất:

  • Không khí, chân không: $\mu_r \approx 1$
  • Nhôm, đồng: $\mu_r \approx 1$ (thuận từ yếu)
  • Sắt non (sắt): $\mu_r \approx 200 – 5000$
  • Sắt silic: $\mu_r \approx 7000$
  • Thép hợp kim: $\mu_r$ có thể đến 100,000

Kết luận: Khi có lõi sắt từ, độ tự cảm tăng lên hàng nghìn lần so với ống dây không có lõi!

3. Công thức rút gọn với mật độ vòng dây

Đặt mật độ vòng dây: $$n = \frac{N}{l} \text{ (số vòng trên một đơn vị chiều dài)}$$

Thể tích ống dây: $$V = S \times l$$

Ta có: $$N = nl$$

Thay vào công thức: $$L = \frac{\mu_0 (nl)^2 S}{l} = \frac{\mu_0 n^2 l^2 S}{l} = \mu_0 n^2 lS$$

$$\boxed{L = \mu_0 n^2 V}$$

Trong đó: V = Sl là thể tích của ống dây.

4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tự cảm

Từ công thức $L = \frac{\mu_0 N^2 S}{l}$, ta thấy:

a) Số vòng dây N: $$L \propto N^2$$

  • Tăng số vòng dây lên gấp đôi → độ tự cảm tăng lên 4 lần (bình phương)
  • Đây là yếu tố quan trọng nhất

b) Tiết diện S: $$L \propto S$$

  • Tiết diện càng lớn → độ tự cảm càng lớn
  • Tỉ lệ thuận bậc nhất

c) Chiều dài l: $$L \propto \frac{1}{l}$$

  • Chiều dài càng lớn → độ tự cảm càng nhỏ
  • Tỉ lệ nghịch

d) Độ từ thẩm tương đối $\mu_r$: $$L \propto \mu_r$$

  • Có lõi sắt từ → tăng độ tự cảm rất mạnh
  • Có thể tăng hàng nghìn lần

5. Ví dụ tính toán

Ví dụ 7: Tính độ tự cảm ống dây

Đề bài: Một ống dây hình trụ có chiều dài 50 cm, tiết diện 10 cm², gồm 1000 vòng dây, không có lõi. Tính độ tự cảm của ống dây. Cho $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}$ H/m.

Lời giải:

Bước 1: Đổi đơn vị

  • Chiều dài: l = 50 cm = 0.5 m
  • Tiết diện: S = 10 cm² = 10 × 10⁻⁴ m² = 10⁻³ m²
  • Số vòng: N = 1000

Bước 2: Áp dụng công thức $$L = \frac{\mu_0 N^2 S}{l}$$ $$L = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times (1000)^2 \times 10^{-3}}{0.5}$$ $$L = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times 10^6 \times 10^{-3}}{0.5}$$ $$L = \frac{4\pi \times 10^{-4}}{0.5}$$ $$L = 8\pi \times 10^{-4}$$ $$L = 8 \times 3.14 \times 10^{-4}$$ $$L \approx 2.51 \times 10^{-3} \text{ H} = 2.51 \text{ mH}$$

Kết luận: Độ tự cảm của ống dây là khoảng 2.51 mH.

Ví dụ 8: Ảnh hưởng của số vòng dây

Đề bài: Ống dây ở ví dụ 7, nếu tăng số vòng dây lên gấp đôi (2000 vòng) thì độ tự cảm thay đổi như thế nào?

Lời giải:

Do $L \propto N^2$, nên khi N tăng gấp đôi: $$L_{mới} = L_{cũ} \times 2^2 = 2.51 \times 4 = 10.04 \text{ mH}$$

Kết luận: Độ tự cảm tăng lên 4 lần, từ 2.51 mH lên 10.04 mH.

Ví dụ 9: Ống dây có lõi sắt

Đề bài: Ống dây ở ví dụ 7, nếu có lõi sắt với $\mu_r = 1000$ thì độ tự cảm là bao nhiêu?

Lời giải:

Khi có lõi sắt: $$L_{có , lõi} = \mu_r \times L_{không , lõi}$$ $$L_{có , lõi} = 1000 \times 2.51 \text{ mH}$$ $$L_{có , lõi} = 2510 \text{ mH} = 2.51 \text{ H}$$

Kết luận: Độ tự cảm tăng lên 1000 lần, từ 2.51 mH lên 2.51 H.

V. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP

A. Công thức cơ bản

Đại lượng Công thức Đơn vị Ghi chú
Từ thông tự cảm $\Phi = LI$ Wb Tỉ lệ với I
Độ tự cảm $L = \frac{\Phi}{I}$ H Không phụ thuộc I
Suất đtđ tự cảm $e_{tc} = -L\frac{\Delta I}{\Delta t}$ V Dấu (-) theo định luật Lenz
Độ lớn suất đtđ $|e_{tc}| = L\left|\frac{\Delta I}{\Delta t}\right|$ V Chỉ tính độ lớn
Năng lượng từ $W = \frac{1}{2}LI^2$ J Giống động năng

B. Độ tự cảm của ống dây

Loại ống dây Công thức Điều kiện
Không có lõi $L = \frac{\mu_0 N^2 S}{l}$ $\mu_r = 1$
Có lõi sắt từ $L = \frac{\mu_0 \mu_r N^2 S}{l}$ $\mu_r >> 1$
Theo mật độ vòng $L = \mu_0 n^2 V$ $n = \frac{N}{l}$, $V = Sl$
Theo mật độ vòng (có lõi) $L = \mu_0 \mu_r n^2 V$ Có lõi

C. Hằng số và đơn vị

Đại lượng Ký hiệu Giá trị/Đơn vị
Độ từ thẩm chân không $\mu_0$ $4\pi \times 10^{-7}$ H/m $\approx 1.26 \times 10^{-6}$ H/m
Độ từ thẩm tương đối $\mu_r$ Không có đơn vị
Độ tự cảm L H (Henry)
Quy đổi 1 H = 1000 mH = 10⁶ μH
1 mH = 1000 μH

D. Các yếu tố ảnh hưởng

Yếu tố Mối liên hệ Ảnh hưởng
Số vòng dây N $L \propto N^2$ Tăng N gấp đôi → L tăng 4 lần
Tiết diện S $L \propto S$ Tăng S gấp đôi → L tăng 2 lần
Chiều dài l $L \propto \frac{1}{l}$ Tăng l gấp đôi → L giảm 2 lần
Lõi sắt $\mu_r$ $L \propto \mu_r$ Có lõi sắt → L tăng hàng nghìn lần

VI. MẸO VÀ LƯU Ý

1. Mẹo nhớ công thức

Công thức trung tâm:

“Phi bằng L nhân I”

$$\Phi = LI \quad \Rightarrow \quad L = \frac{\Phi}{I}$$

Đây là công thức định nghĩa, nền tảng của mọi công thức khác.

Suất điện động tự cảm:

“Âm L nhân tốc độ biến thiên”

$$e_{tc} = -L\frac{\Delta I}{\Delta t}$$

Nhớ:

  • Dấu âm (−) = chống lại sự thay đổi (định luật Lenz)
  • Tỉ lệ với tốc độ biến thiên $\frac{\Delta I}{\Delta t}$
  • L càng lớn → $e_{tc}$ càng lớn

Ống dây:

“Mu-không nhân N bình phương nhân S chia l”

$$L = \frac{\mu_0 N^2 S}{l}$$

Ghi nhớ đặc biệt:

  • $N^2$ (bình phương!) – không phải N
  • Có lõi sắt → nhân thêm $\mu_r$
  • $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}$ H/m

Năng lượng:

“Một nửa L I bình phương”

$$W = \frac{1}{2}LI^2$$

Giống công thức động năng $W_đ = \frac{1}{2}mv^2$

2. Các sai lầm thường gặp

SAI LẦM 1: Nhầm N với N²

Sai: $L = \frac{\mu_0 N S}{l}$ ❌

Đúng: $L = \frac{\mu_0 N^2 S}{l}$ ✓

Hậu quả: Kết quả sai rất nhiều vì thiếu lũy thừa.

SAI LẦM 2: Quên đổi đơn vị

Sai:

  • l = 50 cm (dùng luôn) ❌
  • S = 10 cm² (dùng luôn) ❌

Đúng:

  • l = 50 cm = 0.5 m ✓
  • S = 10 cm² = 10 × 10⁻⁴ m² = 10⁻³ m² ✓

SAI LẦM 3: Quên $\mu_r$ khi có lõi sắt

Sai: Có lõi sắt nhưng vẫn dùng $L = \frac{\mu_0 N^2 S}{l}$ ❌

Đúng: $L = \frac{\mu_0 \mu_r N^2 S}{l}$ với $\mu_r$ rất lớn ✓

SAI LẦM 4: Nhầm công thức năng lượng

Sai: $W = LI^2$ ❌

Đúng: $W = \frac{1}{2}LI^2$ ✓

Phải có hệ số $\frac{1}{2}$ ở đầu!

SAI LẦM 5: Quên dấu trừ trong suất điện động

Sai: $e_{tc} = L\frac{\Delta I}{\Delta t}$ ❌

Đúng: $e_{tc} = -L\frac{\Delta I}{\Delta t}$ ✓

Dấu trừ thể hiện định luật Lenz.

3. Bảng đổi đơn vị

Độ tự cảm:

  • 1 H = 1000 mH
  • 1 H = 1,000,000 μH = 10⁶ μH
  • 1 mH = 1000 μH = 10³ μH
  • 1 mH = 0.001 H = 10⁻³ H
  • 1 μH = 0.000001 H = 10⁻⁶ H

Độ từ thẩm:

  • $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}$ H/m
  • $\mu_0 \approx 1.256 \times 10^{-6}$ H/m
  • $\mu_0 \approx 1.26 \times 10^{-6}$ H/m (làm tròn)

Diện tích:

  • 1 m² = 10,000 cm² = 10⁴ cm²
  • 1 cm² = 0.0001 m² = 10⁻⁴ m²

VII. BÀI TẬP MẪU

Bài tập 1: Tính độ tự cảm từ từ thông

Đề bài: Khi dòng điện qua cuộn dây có cường độ I = 0.5 A thì từ thông tự cảm qua cuộn dây là Φ = 0.05 Wb. Tính độ tự cảm của cuộn dây.

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$L = \frac{\Phi}{I}$$

Thay số: $$L = \frac{0.05}{0.5} = 0.1 \text{ H} = 100 \text{ mH}$$

Kết luận: Độ tự cảm của cuộn dây là 0.1 H = 100 mH.

Bài tập 2: Suất điện động tự cảm

Đề bài: Một cuộn dây có độ tự cảm L = 0.8 H. Dòng điện qua cuộn dây tăng đều từ 0 đến 5A trong thời gian 0.2s. Tính độ lớn suất điện động tự cảm xuất hiện trong cuộn dây.

Lời giải:

Bước 1: Tính độ biến thiên dòng điện $$\Delta I = I_{cuối} – I_{đầu} = 5 – 0 = 5 \text{ A}$$

Bước 2: Tính độ lớn suất điện động tự cảm $$|e_{tc}| = L\frac{|\Delta I|}{\Delta t}$$ $$|e_{tc}| = 0.8 \times \frac{5}{0.2}$$ $$|e_{tc}| = 0.8 \times 25 = 20 \text{ V}$$

Kết luận: Độ lớn suất điện động tự cảm là 20V.

Bài tập 3: Độ tự cảm ống dây

Đề bài: Một ống dây hình trụ có chiều dài 40 cm, đường kính tiết diện 4 cm, gồm 2000 vòng dây. Tính độ tự cảm của ống dây. Cho $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}$ H/m.

Lời giải:

Bước 1: Đổi đơn vị và tính toán

  • Chiều dài: l = 40 cm = 0.4 m
  • Đường kính: d = 4 cm = 0.04 m
  • Bán kính: r = d/2 = 0.02 m
  • Tiết diện: $S = \pi r^2 = \pi (0.02)^2 = \pi \times 4 \times 10^{-4} = 4\pi \times 10^{-4}$ m²
  • Số vòng: N = 2000

Bước 2: Áp dụng công thức $$L = \frac{\mu_0 N^2 S}{l}$$ $$L = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times (2000)^2 \times 4\pi \times 10^{-4}}{0.4}$$ $$L = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times 4 \times 10^6 \times 4\pi \times 10^{-4}}{0.4}$$ $$L = \frac{64\pi^2 \times 10^{-5}}{0.4}$$ $$L = 160\pi^2 \times 10^{-5}$$ $$L = 160 \times 9.87 \times 10^{-5}$$ $$L \approx 0.0158 \text{ H} = 15.8 \text{ mH}$$

Kết luận: Độ tự cảm của ống dây là khoảng 15.8 mH.

Bài tập 4: Năng lượng từ trường

Đề bài: Một cuộn cảm có độ tự cảm L = 0.4 H, dòng điện qua cuộn dây là I = 3A. Tính năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn cảm.

Lời giải:

Áp dụng công thức năng lượng: $$W = \frac{1}{2}LI^2$$

Thay số: $$W = \frac{1}{2} \times 0.4 \times 3^2$$ $$W = 0.2 \times 9 = 1.8 \text{ J}$$

Kết luận: Năng lượng từ trường là 1.8 J.

Bài tập 5: Ống dây có lõi sắt

Đề bài: Ống dây ở bài tập 3, nếu có lõi sắt với độ từ thẩm tương đối $\mu_r = 1000$ thì độ tự cảm thay đổi như thế nào?

Lời giải:

Khi có lõi sắt: $$L_{có , lõi} = \mu_r \times L_{không , lõi}$$ $$L_{có , lõi} = 1000 \times 15.8 \text{ mH}$$ $$L_{có , lõi} = 15800 \text{ mH} = 15.8 \text{ H}$$

Kết luận: Độ tự cảm tăng lên 1000 lần, từ 15.8 mH lên 15.8 H.

Nhận xét: Lõi sắt từ làm tăng độ tự cảm rất mạnh, đây là nguyên lý của máy biến áp, cuộn cảm công suất lớn.

VIII. KẾT LUẬN

Bài viết đã trình bày đầy đủ kiến thức về độ tự cảm:

Hiện tượng tự cảm:

  • Cảm ứng điện từ trong chính mạch
  • Chống lại sự biến thiên dòng điện

Từ thông tự cảm:

  • $\Phi = LI$ (tỉ lệ thuận)
  • $L = \frac{\Phi}{I}$ (định nghĩa độ tự cảm)

Suất điện động tự cảm:

  • $e_{tc} = -L\frac{\Delta I}{\Delta t}$
  • Dấu (−) theo định luật Lenz

Độ tự cảm ống dây:

  • $L = \frac{\mu_0 N^2 S}{l}$ (không có lõi)
  • $L = \frac{\mu_0 \mu_r N^2 S}{l}$ (có lõi sắt)
  • Tỉ lệ với $N^2$ (bình phương số vòng)

Năng lượng từ trường:

  • $W = \frac{1}{2}LI^2$

Đặc điểm quan trọng cần nhớ

1. Độ tự cảm tỉ lệ với $N^2$:

  • Tăng số vòng gấp đôi → L tăng 4 lần
  • Đây là đặc điểm đặc biệt nhất

2. Lõi sắt từ:

  • Tăng độ tự cảm hàng nghìn lần
  • $L_{có , lõi} = \mu_r \times L_{không , lõi}$

3. Định luật Lenz:

  • Dấu (−) trong công thức
  • Chống lại sự thay đổi dòng điện

Lời khuyên học tập

📌 Học thuộc ba công thức chính – Nền tảng của mọi bài toán

📌 Nhớ đặc biệt: L tỉ lệ với $N^2$ (bình phương!) không phải N

📌 Dấu âm trong công thức suất điện động – Định luật Lenz, chống lại sự thay đổi

📌 Lõi sắt từ – Tăng độ tự cảm hàng nghìn lần

📌 Năng lượng: $\frac{1}{2}LI^2$ – Có hệ số $\frac{1}{2}$, giống động năng

📌 Đổi đơn vị cẩn thận – Luôn về m, m², H

Cô Trần Thị Bình

Cô Trần Thị Bình

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định