MỤC TIÊU
Thực hiện thí nghiệm để rút ra được: Khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín biến thiên thì trong cuộn dây đó xuất hiện dòng điện cảm ứng.TÓM TẮT KIẾN THỨC
Khởi động
Hình bên là một loại đèn pin sử dụng bóng đèn LED được nạp điện bằng cách bóp tay vào cần nạp điện. Bên trong đèn pin có nam châm, cuộn dây dẫn và một pin sạc lithium để nạp điện. Loại đèn này hoạt động dựa vào nguyên tắc nào?
1. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
1.1. Thí nghiệm 1: Dùng nam châm vĩnh cửu để tạo ra dòng điện
- Chuẩn bị: một cuộn dây dẫn, điện kế (có vạch 0 nằm ở giữa thang đo), các dây nối, nam châm vĩnh cửu và giá đỡ có trục quay.
- Tiến hành thí nghiệm:
+ Bước 1: Nối hai đầu cuộn dây dẫn với hai chốt của điện kế.
+ Bước 2: Đặt nam châm lên giá đỡ, giữ yên nam châm trước cuộn dây dẫn (Hình 12.1). Quan sát kim điện kế.
+ Bước 3: Dịch chuyển nam châm trượt trên giá đỡ đến gần cuộn dây dẫn, sau đó dịch chuyển nam châm ra xa cuộn dây dẫn. Quan sát kim điện kế.
+ Bước 4: Đặt nam châm cố định trên giá đỡ sao cho trục quay đi qua trung điểm của nam châm. Quay nam châm trước cuộn dây dẫn. Quan sát kim điện kế.
Thảo luận
Câu hỏi 1: Tiến hành Thí nghiệm 1, từ đó cho biết ở trường hợp nào thì trong cuộn dây dẫn xuất hiện dòng điện.
- Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức, kinh nghiệm làm thí nghiệm và quan sát thí nghiệm.
- Lời giải chi tiết:
Trong cuộn dây dẫn xuất hiện dòng điện khi dịch chuyển nam châm trượt trên giá đỡ lại gần và ra xa cuộn dây dẫn và khi quay nam châm trước cuộn dây dẫn.
1.2. Thí nghiệm 2: Dùng nam châm điện để tạo ra dòng điện
- Chuẩn bị: hai cuộn dây dẫn A và B, điện kế (có vạch 0 nằm ở giữa thang đo), bộ nguồn gồm 4 viên pin 1,5 V, đế gắn pin có công tắc và đèn tín hiệu, công tắc điện và các dây nối. />
- Tiến hành thí nghiệm:
+ Bước 1: Lắp các dụng cụ như Hình 12.2. Nối cuộn dây dẫn A với bộ nguồn thông qua công tắc điện để tạo thành nam châm điện. Nổi hai đầu cuộn dây dẫn B với điện kể. Đặt hai cuộn dây dẫn A và B gần nhau. Ban đầu công tắc điện đang mở. Quan sát kim điện kể.
+ Bước 2: Đóng công tắc điện. Quan sát kim điện kế trong khi đóng và sau khi đóng công tắc điện.
+ Bước 3: Ngắt công tắc điện. Quan sát kim điện kế trong khi ngắt và sau khi ngắt công tắc điện.
Dòng điện xuất hiện trong cuộn dây dẫn ở hai thí nghiệm trên được gọi là dòng điện cảm ứng.
Thảo luận
Câu hỏi 2. Tiến hành Thí nghiệm 2, từ đó cho biết ở trường hợp nào thì trong cuộn dây dẫn B xuất hiện dòng điện.
- Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức, kinh nghiệm làm thí nghiệm và quan sát thí nghiệm.
- Lời giải chi tiết:
Cuộn dây dẫn B có dòng điện chạy qua trong khi đóng công tắc điện hoặc trong khi ngắt công tắc điện.
Thảo luận
Câu hỏi 3. Từ Thí nghiệm 1 và 2, có thể kết luận gì về sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng?
- Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức, kinh nghiệm làm thí nghiệm và quan sát thí nghiệm.
- Lời giải chi tiết:
Từ hai thí nghiệm 1 và 2, dòng điện xuất hiện khi từ trường quanh ống dây dẫn thay đổi.
2. ĐIỀU KIỆN XUẤT HIỆN DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG
Trong chương trình Khoa học tự nhiên lớp 7, ta đã biết xung quanh nam châm hoặc dòng điện tồn tại từ trường. Từ trường được biểu diễn bằng các đường sức từ (Hình 12.3).
Dựa vào hình ảnh đường sức từ ở Hình 12.3, ta sẽ tìm hiểu xem trong hai thí nghiệm trên, sự xuất hiện dòng điện cảm ứng liên quan đến sự biến đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn như thế nào.
Tìm hiểu điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng
- Khi nam châm và cuộn dây dẫn đứng yên, kim điện kế chỉ số 0 (Hình 12.4a), số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn không thay đổi.
- Khi có sự dịch chuyển giữa nam châm và cuộn dây dẫn, kim điện kể bị lệch (Hình 12.4b). Hình 12.5 cho thấy số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn tăng lên khi đưa nam châm đến gần cuộn dây dẫn và giảm đi khi đưa nam châm ra xa cuộn dây dẫn.
Thảo luận
Câu hỏi 4. Nêu nhận xét về mối liên hệ giữa sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn và sự biến đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn.
- Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức, kinh nghiệm làm thí nghiệm và quan sát thí nghiệm.
- Lời giải chi tiết:
Trong cuộn dây dẫn xuất hiện dòng điện cảm ứng mỗi khi có sự biến đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn.
Số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn biến đổi càng nhanh thì dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn càng lớn.
Thảo luận
Câu hỏi 5. Nêu điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn.
- Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức, kinh nghiệm làm thí nghiệm và quan sát thí nghiệm.
- Lời giải chi tiết:
Trong cuộn dây dẫn, dòng điện cảm ứng xuất hiện khi có sự biến đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn.
Ghi nhớ
Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
Điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín là số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn đó biến thiên (tăng hoặc giảm).
Củng cố kiến thức
1. Giải thích vì sao khi cho nam châm vĩnh cửu quay quanh trục thẳng đứng trước một cuộn dây dẫn thì kim điện kế bị lệch.
2. Đề xuất một cách khác để làm biến đổi số đường sức từ xuyên qua một cuộn dây dẫn mềm đặt cạnh một nam châm vĩnh cửu. Lập phương án và tiến hành thí nghiệm để kiểm tra xem trong cuộn dây dẫn có dòng điện cảm ứng hay không.
3. Trả lời câu hỏi ở phần Mở đầu bài học.
- Phương pháp giải:
1. Vận dụng kiến thức từ hiểu biết đời sống và tìm hiểu thông tin qua sách báo, internet và điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn: số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên.
2. Vận dụng kiến thức từ hiểu biết đời sống và tìm hiểu thông tin qua sách báo, internet và điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn: số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên.
3. Vận dụng kiến thức đã học về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn: số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên.
- Lời giải chi tiết:
1. Trên thực tế, số lượng đường sức từ phân bố quanh nam châm vĩnh cửu là không đều. Khi cho nam châm quay trước một cuộn dây dẫn kín thì trong cuộn dây xuất hiện dòng điện cảm ứng vì khi nam châm quay thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây thay đổi.
2. Phương án thí nghiệm: Di chuyển cuộn dây lại gần hoặc ra xa nam châm, hai đầu cuộn dây nối với kim điện kế.
Kết quả: cuộn dây dẫn có xuất hiện dòng điện cảm ứng.
3. Cần nạp điện bị bóp làm di chuyển bánh răng bên trong đẩy nam châm chạy xuyên qua cuộn dây từ đầu này sang đầu kia rồi ngược lại, từ đó số lượng đường sức từ trường đi xuyên qua mặt cắt cuộn dây thay đổi theo thời gian và xuát hiện dòng điện trong cuộn dây khép kín.
Hiện tượng cảm ứng diện từ do nhà bác học người Anh, Michael Faraday (1791 – 1867) phát hiện vào năm 1831. Phát minh này đã mở dường cho việc chế tạo máy phát điện và nhiều thiết bị điện khác.
Vận dụng kiến thức
a) Nêu tên một số dụng cụ, thiết bị mà hoạt động của chúng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
b) Giải thích cách tạo ra dòng điện cảm ứng của một trong những dụng cụ, thiết bị đã nếu ở câu a.
- Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức từ hiểu biết đời sống và tìm hiểu thông tin qua sách báo, internet và điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn: số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên.
- Lời giải chi tiết:
a) Một số dụng cụ, thiết bị mà hoạt động của chúng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ: động cơ điện, máy phát điện, máy biến áp, …
b) + Để tạo ra dòng điện cảm ứng trong một động cơ điện, ta cần một nam châm vĩnh cửu và một khung dây dẫn điện được đặt trong một trường từ biến đổi. Khi nam châm di chuyển hoặc thay đổi vị trí, dòng điện sẽ được tạo ra trong khung dây dẫn điện do hiện tượng cảm ứng điện từ và dưới tác dụng của lực điện từ, khung dây sẽ quay, động cơ điện hoạt động.
+ Để tạo ra dòng điện cảm ứng trong máy phát điện: đặt cuộn dây vào giữa hai cực của nam châm, hai đầu cuộn dây nối với pin để lưu trữ điện hoặc đèn LED nhỏ, cố định nam châm, quay cuộn dây quanh trục, dòng điện cảm ứng sinh ra trong cuộn dây.
BÀI TẬP
Đang cập nhật
