Vật lý 11 Bài 25: Tự cảm

5 trắc nghiệm 8 bài tập SGK 4 hỏi đáp

Hôm nay, chúng ta sẽ xét một loại hiện tượng cảm ứng điện từ đặc biệt, được gọi là hiện tượng tự cảm. Đó là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong mạch kín khi có dòng điện biến thiên theo thời gian.

Để hiểu rõ hơn về hiện tượng này, mời các em cùng theo dõi nội dung Bài 25: Tự cảm nhằm ôn tập tự luyện và khắc sâu thêm kiến thức cho bản thân nhé. 

Tóm tắt lý thuyết

I. Từ thông riêng qua một mạch kín

  • Từ thông riêng của một mạch kín có dòng điện chạy qua: \(\Phi  = Li\)

  • Độ tự cảm của một ống dây:

\(L = 4\pi {.10^{ - 7}}.\mu .\frac{{{N^2}}}{l}.S\)

  • Đơn vị của độ tự cảm là henri (H)

\(1H = \frac{{1{W_b}}}{{1A}}\)

II. Hiện tượng tự cảm

1. 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 của 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

a) Ví dụ 1

  • Khi đóng khóa K, đèn 1 sáng lên ngay còn đèn 2 sáng lên từ từ.

  • Giải thích: Khi đóng khóa K, dòng điện qua ống dây và đèn 2 tăng lên đột ngột, khi đó trong ống dây xuất hiện suất điện động tự cảm có tác dụng cản trở sự tăng của dòng điện qua L. Do đó dòng điện qua L và đèn 2 tăng lên từ từ.

b) Ví dụ 2

  • Khi đột ngột ngắt khóa K, ta thấy đèn sáng bừng lên trước khi tắt.

  • Giải thích: Khi ngắt K, dòng điện iL giảm đột ngột xuống 0. Trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng cùng chiều với iL ban đầu, dòng điện này chạy qua đèn và vì K ngắt đột ngột nên cường độ dòng cảm ứng khá lớn, làm cho đèn sáng bừng lên trước khi tắt

III. Suất điện động tự cảm

1. Suất điện động tự cảm

  • Suất điện động cảm ứng trong mạch xuất hiện do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm.

  • Biểu thức suất điện động tự cảm:

\({e_{tc}} =  - {\rm{ }}L\frac{{\Delta i}}{{\Delta t}}\)

  • 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

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

IV. Ứng dụng

  • 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.

Bài tập minh họa

Bài 1:

Từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc vào:

A. cường độ dòng điện qua mạch.
B. điện trở của mạch.
C. chiều dài của dây dẫn.
D. tiết diện dây dẫn.

Hướng dẫn giải:

  • Chọn đáp án A

    • Từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc vào cường độ dòng điện qua mạch.

Bài 2

Suất điện động tự cảm của mạch điện tỉ lệ với:
A. điện trở của mạch.
B. từ thông cực đại qua mạch.
C. từ thông cực tiểu qua mạch.
D. tốc độ biến thiên cường độ dòng điện qua mạch.

Hướng dẫn giải:

  • Chọn đáp án D 

    • Suất điện động tự cảm của mạch điện tỉ lệ với tốc độ biến thiên cường độ dòng điện qua mạch.

Bài 3:

Tính độ tự cảm của mỗi ống dây hình trụ  có chiều dài 0,5m gồm có 1000 vòng dây, mỗi vòng dây có đường kính 20cm

Hướng dẫn giải:

  • Áp dụng công thức tính độ tự cảm của một ống dây:

\(L = 4\pi {.10^{ - 7}}.\mu .\frac{{{N^2}}}{l}.S\) 

⇒\(L = 4\pi 10^{-7} .\frac{10^{6}}{0,5} (\pi . 0,01) = 0,079H\)

Bài 4:

Tính hệ số tự cảm của một ống dây dài 50cm, diện tích tiết diện ngang của ống là 10cm2. Cho biết ống dây có 1000 vòng dây.

Hướng dẫn giải:

  • Ta có:

\(l = 50cm = 0,5m;S = 10c{m^2} = {10^{ - 3}}{m^2}\)

  • Áp dụng công thức tính độ tự cảm:

\(L = 4\pi {.10^{ - 7}}\frac{{{N^2}}}{l}.S = {2.5.10^{ - 3}}(H)\)

Bài 5:

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 \({i_a}\) xuống 0 trong 0.01s. Tính \({i_a}\)

Hướng dẫn giải:

  • Ta có:

\(L = 25mH = {25.10^{ - 3}}H\)

\(\begin{array}{l}
\left| {{e_{tc}}} \right| = L.\left| {\frac{{\Delta i}}{{\Delta t}}} \right| = L.\left| {\frac{{0 - {i_a}}}{{\Delta t}}} \right| = L.\frac{{{i_a}}}{{\Delta t}}\\
 \Rightarrow {i_a} = \frac{{\left| {{e_{tc}}} \right|.\Delta t}}{L} = 0,3(A)
\end{array}\)

Lời kết

Qua bài giảng Tự cảm này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

  • Phát biểu được định nghĩa từ thông riêng và viết được công thức độ tự cảm của ống dây hình trụ.

  • Phát biểu được định nghĩa hiện tượng tự cảm và giải thích được hiện tượng tự cảm khi đóng và ngắt mạch điện.

  • Viết được công thức tính suất điện động tự cảm.

  • Nêu được bản chất và viết được công thức tính năng lượng của ống dây tự cảm.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua làm các Giải bài tập Vật lý 11 Bài 25 và bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 11 Bài 25 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. Các em được làm bài thi MIỄN PHÍ để kiểm tra kiến thức cho bản thân nhé. Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt, chuẩn bị sẵn sàng kiến thức để đạt thành tích cao nhất trong học tập !

-- Mod Vật Lý 11 HỌC247