Phương pháp giải bài tập Tự cảm - Suất điện động cảm ứng - Năng lượng môn Vật Lý 11

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ TỰ CẢM - SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG

VÀ NĂNG LƯỢNG

* Các công thức:

+ Hệ số tự cảm của ống dây:

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

+ Từ thông tự cảm qua ống dây có dòng điện i chạy qua: Φ = Li

+ Suất điện động tự cảm:

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

* Lưu ý:

Để tìm các đại lượng có liên quan đến độ tự cảm của ống dây, suất điện động tự cảm năng lượng từ trường của ống dây ta viết biểu thức liên quan đến các đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm rồi suy ra và tính đại lượng cần tìm.

Ví dụ 1:

a) Thiết lập công thức tính độ tự cảm của ống dây điện có chiều dài l, tiết diện S, gồm tất cả N vòng dây và lõi là không khí.

b) Xét trường hợp ống dây trên có lõi làm bằng vật liệu sắt từ có độ từ thẩm là μ. Thiết lập công thức tính độ tự cảm của ống dây điện khi đó.

c) Áp dụng: l = 50 cm, N = 1000 vòng, S = 10 cm² (lõi là không khí μ = 1)

Giải

a) Cảm ứng từ B trong vòng dây (lõi là không khí)

+ Cảm ứng từ B trong ống dây:

\(B = 4\pi {.10^{ - 7}}\frac{{N.i}}{l}\)

+ Từ thông tự cảm qua ống dây:

\(\Phi = NBS = 4\pi {.10^{ - 7}}.\frac{{{N^2}}}{l}.S.i\)

+ Độ tự cảm: 

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

b) Nếu ống dây có độ từ thẩm μ:

+ Cảm ứng từ B trong ống dây:

\(B = \left( {4\pi {{.10}^{ - 7}}\frac{{NI}}{l}} \right)\mu \)

+ Từ thông tự cảm qua ống dây:

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

+ Độ tự cảm:

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

c) Áp dụng:

\(L = 4\pi {.10^{ - 7}}\frac{{{N^2}}}{l}.S = 4\pi {10^{ - 7}}.\frac{{{{1000}^2}}}{{0,5}}.({10.10^{ - 4}}) = {2,5.10^{ - 3}}(H)\)

Ví dụ 2: Một ống dây có chiều dài là 1,5 m, gồm 2000 vòng dây, ống dây có đường kính là 40 cm.

a) Hãy xác định độ tự cảm của ống dây.

b) Cho dòng điện chạy trong ống dây, dòng điện tăng từ 0 đến 5A trong thời gian 1s, hãy xác định suất điện động tự cảm của ống dây.

c) Hãy tính cảm ứng từ do dòng điện sinh ra trong ống dây khi dòng điện trong ống dây bằng 5 A?

d) Năng lượng từ trường bên trong ống dây khi dòng điện qua ống dây có giá trị 5 A?

Giải

a) Độ tự cảm bên trong ống dây:

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

b) Suất điện động tự cảm trong ống dây:

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

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

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

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

\({\rm{W}} = \frac{1}{2}L{i^2} = \frac{1}{2}{.0,42.5^2} = 5,25(J)\)

Bài 1: Một ống dây dài 40 cm, có tất cả 800 vòng dây, diện tích tiết diện ngang của ống dây bằng 10 cm2. Ống dây được nối với 1 nguồn điện có cường độ tăng từ 0 → 4A.

a) Độ tự cảm của ống dây ?

b) Nếu suất điện động tự cảm của ống dây có độ lớn là 1,2 V, hãy xác định thời gian mà dòng điện đã biến thiên.

Đ/S:

a) Độ tự cảm của ống dây: L= 2.10^-3H

b) t = 6,7.10^-3s

Bài 2: Một cuộn tự cảm có L = 50 mH cùng mắc nối tiếp với một điện trở R = 20 Ω, nối vào một nguồn điện có suất điện động 90 V, có điện trở trong không đáng kể. Xác định tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện I tại:

a) Thời điểm ban đầu ứng với I = 0.

b) Thời điểm mà I = 2 A.

Đ/S:

a) 1,8.10³ A/s

b) 10³ A/s

...

-----(Để xem đầy đủ nội dung các bài tập tự luyện, các em vui lòng đăng nhập để xem online hoặc tải về máy)-----

Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp giải dạng bài tập về Tự cảm - Suất điện động cảm ứng - Năng lượng môn Vật Lý 11 năm 2020-2021. Để xem toàn bộ nội dung của tài liệu, các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Chúc các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.