Hiện tượng tự cảm là gì? Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm, Ứng dụng và bài tập

Vậy hiện tượng tự cảm là gì? có ứng dụng gì? Suất điện động tự cảm được tính theo công thức nào? Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm có công thức ra sao? Tất cả sẽ được trình bài trong bài viết dưới đây.

I. Từ thông riêng của một mạch kín

• Từ thông riêng của một mạch kín là từ thông xuất hiện khi trong mạch kín có dòng điện cường độ i.

 

– Trong đó: i là cường độ dòng điện tính ra ampe (A)

 Φ là từ thông tính ra vêbe (Wb)

 L là độ tự cảm tính ra henry (H)

• Độ tự cảm của ống dây hình trụ có chiều dài khá lớn so với đường kính tiết diện:

– Trong đó: L: Độ tự cảm của ống dây (H)

 N: Số vòng dây (vòng).

 l: Chiều dài ống dây (m).

 S: Tiết diện ống dây (m2)

* Lưu ý: Ống dây có độ tự cảm L trên còn được gọi là ống dây tự cảm hay cuộn cảm.

• Độ tự cảm của ống dây có lõi sắt có có công thức:

 

 Với μ là độ từ thẩm đặc trưng cho từ tính của lõi sắt.

II. 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 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.

2. Một số ví dụ về hiện tượng tự cảm

– Đối với mạch điện một chiều: Hiện tượng tự cảm xảy ra khi đóng và ngắt mạch.

– Đối với mạch xoay chiều: Hiện tượng tự cảm luôn xảy ra.

– Hiện tượng tự cảm cũng tuân theo các định luật của hiện tượng cảm ứng điện từ.

III. Suất điện động tự cảm

1. Suất điện động tự cảm và công thức tính

• Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch khi xảy ra hiện tượng tự cảm được gọi là suất điện động tự cảm.

Công thức tính suất điện động tự cảm:

 

– Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

2. Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm

– Năng lượng từ trường cảu cuộn cảm là năng lượng tích lũy trong ống dây tự cảm khi có dòng điện chạy qua và được tính theo công thức:

 

IV. Ứng dụng của hiện tượng tự cảm

– Hiện tượng tự cảm có nhiều ứng dụng trong các mạch điện xoay chiều. Cuộn cảm là một phần tử quan trọng trong các mạch điện xoay chiều có mạch dao động và các máy biến áp.

V. Bài tập về hiện tượng tự cảm

* Bài 1 trang 157 SGK Vật Lý 11: Trong những trường hợp nào có hiện tượng tự cảm?

° Lời giải bài 1 trang 157 SGK Vật Lý 11:

• Khi trong mạch điện có cường độ dòng điện biến thiên thì trong mạch sẽ có hiện tượng tự cảm:

– Trong mạch điện một chiều, hiện tượng tự cảm xảy ra khi đóng mạch hay mở mạch.

– Trong mạch điện xoay chiều, luôn xảy ra hiện tượng tự cảm.

* Bài 2 trang 157 SGK Vật Lý 11: Phát biểu định nghĩa từ thông riêng, độ tự cảm của một mạch kín.

° Lời giải bài 2 trang 157 SGK Vật Lý 11:

– Một mạch kín (C) có dòng điện i. Dòng điện i gây ra một từ trường, từ trương này gây ra một từ thông Φ qua (C) gọi là từ thông riêng của mạch. Φ = Li.

– Độ tự cảm L của một mạch kín là một đại lượng chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín.

– Một ống dây điện chiều dài l, tiết diện S, gồm N vòng dây, có cường độ i chạy qua, độ tự cảm của ống dây được tính theo công thức:

  

– Độ tự cảm của ống dây có lõi sắt:

  

 với μ là độ từ thẩm, đặc trưng cho từ tính của lõi sắt.

* Bài 3 trang 157 SGK Vật Lý 11: Độ lớn của suất điện động tự cảm phụ thuộc vào những đại lượng nào?

° Lời giải bài 3 trang 157 SGK Vật Lý 11:

– Công thức tính suất điện động tự cảm:

 

⇒ Độ lớn của suất điện động tự cảm phụ thuộc vào độ tự cảm của ống dây (L) và tốc độ biến thiên cường độ dòng điện qua ống dây Δi/Δt.

* Bài 4 trang 157 SGK Vật Lý 11: Chọn câu đúng

Một ống dây có độ tự cảm L, ống dây thứ hai có số vòng dây tăng gấp đôi và diện tích mỗi vòng dây giảm một nửa so với ống dây thứ nhất. Nếu hai ống dây có chiều dài như nhau thì độ tự cảm của ống dây thứ hai là:

A. L.     B. 2L.     C. L/2.     D. 4L.

° Lời giải bài 4 trang 157 SGK Vật Lý 11:

• Chọn đáp án đúng: B. 2L.

– Ta có độ tự cảm trong ống dây thứ nhất :

 

– Độ tự cảm của ống dây thứ hai:

  

* Bài 5 trang 157 SGK Vật Lý 11: Phát biều nào dưới đây là sai? Suất điện động tự cảm có giá trị lớn khi.

A. dòng điện tăng nhanh.

B. dòng điện giảm nhanh.

C. dòng điện có giá trị lớn.

D. dòng điện biến thiên nhanh.

° Lời giải bài 5 trang 157 SGK Vật Lý 11:

• Chọn đáp án: C. dòng điện có giá trị lớn.

– Vì suất điện động tự cảm phụ thuộc vào tốc độ biến thiên cường độ dòng điện, mà không phụ thuộc vào giá trị độ lớn của cường độ dòng điện.

* Bài 6 trang 157 SGK Vật Lý 11: Tính độ tự cảm của một ống dây hình trụ có chiều dài 0,5m gồm 1000 vòng dây, mỗi vòng dây có đường kính 20 cm.

° Lời giải bài 6 trang 157 SGK Vật Lý 11:

– Độ tự cảm của ống dây: 

• Theo đề bài, ta có:

– Số vòng dây: N = 1000 vòng dây

– Chiều dài ống: l =0,5m

– Mỗi vòng dây có đường kính d = 20cm = 0,2m

– Ta có, diện tích mỗi vòng dây là:

  

– Như vậy độ tự cảm của ống dây là:

 

– Vậy L = 0,79H.

* Bài 7 trang 157 SGK Vật Lý 11: Suất điện động tự cảm 0,75V xuất hiện trong một cuộn cảm có L=25mH; tại đó cường độ dòng điện giảm từ giá trị ia xuống 0 trong 0,01s. Tính ia.

° Lời giải bài 7 trang 157 SGK Vật Lý 11:

– Ta có độ lớn suất điện động tự cảm trong cuộn dây:

  

– Vậy ia = 0,3A.

* Bài 8 trang 157 SGK Vật Lý 11: Trong mạch điện hình 25.5, cuộn cảm L có điện trở bằng không. Dòng điện qua L bằng 1,2A; độ tự cảm L = 0,2H. Chuyển K sang vị trí b, tính nhiệt lượng tỏa ra trong R.

mạch điện hình 25.5 trang 157 sgk vật lý 11

° Lời giải bài 8 trang 157 SGK Vật Lý 11:

– Tóm tắt đề bài:

 I = 1,2A; L = 0,2H

 K chuyển sang b, tìm QR = ?

– Khi dòng điện qua cuộn cảm, trong cuộn cảm tích lũy năng lượng:

 

– Khi chuyển khóa K từ vị trí a sang vị trí b thì cường độ dòng điện trong cuộn cảm giảm, xảy ra hiện tượng tự cảm. Năng lượng từ trường trong ống dây chuyển sang cho điện trở R dưới dạng nhiệt năng, làm điện trở nóng lên.

– Nhiệt lượng tỏa ra trên R: QR = W = 0,144J

Xem thêm bài viết thuộc chuyên mục: Toán học

Bài viết hay nhất

Cách Bảo Quản Cùi Bưởi Để Nấu Chè Ăn, Để Bảo Quản Được Lâu Mà Vẫn
Cách Bảo Quản Cùi Bưởi Để Nấu Chè Ăn, Để Bảo Quản Được Lâu Mà Vẫn
Giải GDQP- AN 11 bài 3: Bảo vệ chủ quyền lãnh thổ và biên giới quốc gia
Giải GDQP- AN 10 bài 2: Lịch sử, truyền thống của Quân đội và Công an nhân dân Việt Nam
Cách Nấu Nước Cốt Dừa Đóng Hộp Đảm Bảo Nhất, Cách Dùng Nước Cốt Dừa Đóng Hộp
Cách Nấu Nước Cốt Dừa Đóng Hộp Đảm Bảo Nhất, Cách Dùng Nước Cốt Dừa Đóng Hộp
Trắc nghiệm công dân 9 bài 3: Dân chủ và kỉ luật
Giải Thích Về Đồ Thị Pha Phối Khí Trên Động Cơ, Cấu Tạo Hệ Thống Phối Khí Trên Động Cơ
Giải Thích Về Đồ Thị Pha Phối Khí Trên Động Cơ, Cấu Tạo Hệ Thống Phối Khí Trên Động Cơ
Trắc nghiệm tiếng anh 11 unit 4: Volunteer work (P1)
Trắc nghiệm lịch sử 11 bài 6: Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 – 1918) (P1)
Trắc nghiệm sinh học 11 bài 8: Quang hợp ở thực vật
Cách Nấu Chè Trôi Nước Bằng Bột Năng Ngon Độc Đáo, Cách Nấu Chè Trôi Nước Ngon Dẻo Mềm Không Bị Cứng
Cách Nấu Chè Trôi Nước Bằng Bột Năng Ngon Độc Đáo, Cách Nấu Chè Trôi Nước Ngon Dẻo Mềm Không Bị Cứng
Giải GDQP- AN 11 bài 2: Luật Nghĩa vụ quân sự và trách nhiệm của học sinh
Sau khi tự tử ở giếng Loa Thành, xuống thủy cung, Trọng Thủy đã tìm gặp lại Mị Châu. Hãy tưởng tượng và kể lại câu chuyện đó | ngữ văn lớp 10
Hãy kể về một kỉ niệm với người bạn tuổi thơ khiến em xúc động và nhớ mãi | Văn 8
Cách Nấu Nước Đường Ăn Sương Sâm, Cách Làm Thạch Sương Sâm
Cách Nấu Nước Đường Ăn Sương Sâm, Cách Làm Thạch Sương Sâm
Diện Áo Lông Đa Phong Cách Phối Đồ Với Áo Khoác Lông Ngắn, 3 Tips Mặc Áo Khoác Lông Sang Chảnh Như Sao
Diện Áo Lông Đa Phong Cách Phối Đồ Với Áo Khoác Lông Ngắn, 3 Tips Mặc Áo Khoác Lông Sang Chảnh Như Sao