Chuyên đề Vật lý 11 về Hiện tượng tự cảm và suất điện động tự cảm của ống dây

HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM VÀ SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TỰ CẢM CỦA ỐNG DÂY

1. Lý thuyết

- Độ tự cảm của ống dây:  \(L = 4\pi {.10^{ - 7}}.{n^2}V\)

- Từ thông qua ống dây:  \(\Phi = Li\)

- Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong mạch có dòng điện mà sự biến thiên của từ thông qua mạch được gây ra bởi chính sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

- Suất điện động tự cảm:

\(\left| {{e_{tc}}} \right| = L\left| {\frac{{\Delta i}}{{\Delta t}}} \right|\)

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

- Năng lượng từ trường của ống dây:

\(W = \frac{1}{2}L{i^2}\)

hoặc  \(W = \frac{1}{{8\pi }}{10^7}.{B^2}V\)

- Mật độ năng lượng từ trường:  

\(w = \frac{1}{{8\pi }}{10^7}{B^2} \Rightarrow W = wV\)

Trong đó: L là độ tự cảm của ống dây, đơn vị L là henri, kí hiệu H (1H = 1Wb/A)

\(n = \frac{N}{\ell }\) là số vòng trên trên một đơn vị chiều dài l của ống; V là thể tích của ống

i là cường độ dòng điện chạy qua ống (A).

2. Bài tập

Lời giải:

a) Độ tự cảm của ống dây:  

\(\begin{array}{l} L = 4\pi {.10^{ - 7}}.\frac{{{N^2}}}{\ell }S\\ = 4\pi {.10^{ - 7}}.\frac{{{{800}^2}}}{{0,4}}{.10.10^{ - 4}} = {2.10^{ - 3}}\left( H \right) \end{array}\)

b) Suất điện động tự cảm sinh ra do có sự biến thiên của dòng điện trong ống dây:

\(\begin{array}{l} \left| {{e_{tc}}} \right| = L\left| {\frac{{\Delta i}}{{\Delta t}}} \right| = L\left| {\frac{{{i_2} - {i_1}}}{{\Delta t}}} \right|\\ \Rightarrow \Delta t = L\left| {\frac{{{i_2} - {i_1}}}{{{e_{tc}}}}} \right|\\ = {2.10^{ - 3}}.\left| {\frac{{4 - 0}}{{1,2}}} \right| = 6,{7.10^{ - 3}}\left( s \right) \end{array}\)

Lời giải:

a) Độ tự cảm bên trong ống dây:

\(\begin{array}{l}
L = 4\pi {.10^{ - 7}}.\frac{{{N^2}}}{\ell }S\\
 = 4\pi {.10^{ - 7}}.\frac{{{N^2}}}{\ell }\frac{{\pi {d^2}}}{4}\\
 = 4\pi {.10^{ - 7}}.\frac{{{{2000}^2}}}{{1,5}}\frac{{\pi .0,{4^2}}}{4} = 0,42\left( H \right)
\end{array}\)

b) Suất điện động tự cảm trong ống dây:  

\(\begin{array}{l} {e_{tc}} = - L\frac{{\Delta i}}{{\Delta t}} = - L\frac{{\left( {{i_2} - {i_1}} \right)}}{{\Delta t}}\\ = 0 - 0,42.\left( {\frac{{5 - 0}}{1}} \right) = - 2,1\left( V \right) \end{array}\)

c) Cảm ứng từ do dòng điện sinh ra trong ống dây:  

\(\begin{array}{l} B = 4\pi {.10^{ - 7}}\frac{{N.i}}{\ell }\\ = 4\pi {.10^{ - 7}}\frac{{2000.5}}{{1,5}} = 8,{4.10^{ - 3}}\left( T \right) \end{array}\)

d) Năng lượng từ trường sinh ra bên trong ống dây:  

\(\begin{array}{l} W = \frac{1}{2}L.{i^2}\\ = \frac{1}{2}.0,{42.5^2} = 5,25\left( J \right) \end{array}\)

Lời giải:

Độ tự cảm của ống dây:  

\(\begin{array}{l} L = 4\pi {.10^{ - 7}}.{n^2}.V\\ = 4\pi {.10^{ - 7}}{.2000^2}{.500.10^{ - 6}}\\ = 2,{51.10^{ - 3}}\left( H \right) \end{array}\)

a) Trong khoảng thời từ 0 đến 0,05 s dòng điện tăng từ \({i_1} = 0\) A đến \({i_2} =5\) A.

Suất điện động tự cảm trong thời gian này:

\(\begin{array}{l} \left| {{e_{tc}}} \right| = L\left| {\frac{{\Delta i}}{{\Delta t}}} \right| = L\left| {\frac{{{i_2} - {i_1}}}{{\Delta t}}} \right|\\ = 2,{51.10^{ - 3}}\left| {\frac{{5 - 0}}{{0,05}}} \right| = 0,25\left( V \right) \end{array}\)

b) Từ sau thời điểm t = 0,05 s dòng điện không đổi nên  :

\(\Delta i = 0 \Rightarrow \left| {{e_{tc}}} \right| = L\left| {\frac{{\Delta i}}{{\Delta t}}} \right| = 0\)

...

---Để xem tiếp nội dung Các bài tập về Hiện tượng tự cảm và suất điện động tự cảm của ống dây, các em vui lòng đăng nhập vào trang Chúng tôi để xem online hoặc tải về máy tính---

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Chuyên đề Vật lý 11 về Hiện tượng tự cảm và suất điện động tự cảm của ống dây. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• Tóm tắt kiến thức và công thức chương 1 Điện tích- Điện tích trường môn Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp Điện tích- Điện trường hay và khó Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp nâng cao Điện tích- Định luật Culong Vật lý 11

Chúc các em học tập tốt !