Trả lời nhanh
Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một cuộn dây dẫn kín khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên (tăng lên hoặc giảm đi). Hai ý then chốt: mạch phải kín và số đường sức từ phải thay đổi. Nam châm hay cuộn dây đứng yên tương đối với nhau thì không có dòng điện cảm ứng.
1. Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?
Năm 1831, nhà vật lí Faraday phát hiện: dùng từ trường cũng có thể tạo ra dòng điện. Dòng điện được tạo ra theo cách này gọi là dòng điện cảm ứng, còn hiện tượng đó gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
Điểm khác với những bài trước: ở đó ta dùng dòng điện để tạo từ trường (nam châm điện, lực điện từ). Bài này đi theo chiều ngược lại: từ trường biến đổi sinh ra dòng điện.
2. Thí nghiệm chứng minh
Thí nghiệm 1: dùng nam châm vĩnh cửu và cuộn dây
Nối hai đầu cuộn dây dẫn kín với một điện kế nhạy. Sau đó thực hiện lần lượt các thao tác:
- Đưa một cực của nam châm lại gần cuộn dây: kim điện kế lệch, có dòng điện.
- Giữ nam châm đứng yên trong lòng cuộn dây: kim điện kế chỉ số 0.
- Kéo nam châm ra xa cuộn dây: kim điện kế lại lệch, nhưng lệch về phía ngược lại.
Thí nghiệm 2: dùng nam châm điện
Đặt cuộn dây kín (nối điện kế) cạnh một nam châm điện. Khi đóng hoặc ngắt mạch của nam châm điện, kim điện kế lệch thoáng qua. Khi dòng điện qua nam châm điện đã ổn định, kim điện kế trở về số 0.
Lí do: lúc đóng hoặc ngắt mạch, từ trường của nam châm điện mạnh lên hoặc yếu đi, nên số đường sức từ qua cuộn dây thay đổi.
3. Rút ra điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng
Đặt câu hỏi: trong mọi trường hợp có dòng điện, điều gì chung? Đó là lúc nam châm tiến lại, lùi ra, hay lúc từ trường nam châm điện thay đổi. Cả ba đều làm cho số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây thay đổi. Ngược lại, khi nam châm nằm yên, số đường sức này không đổi và không có dòng điện.
| Tình huống | Số đường sức từ qua cuộn dây | Dòng điện cảm ứng |
|---|---|---|
| Nam châm tiến lại gần cuộn dây kín | Tăng | Có |
| Nam châm ra xa cuộn dây kín | Giảm | Có (chiều ngược lại) |
| Nam châm đứng yên so với cuộn dây | Không đổi | Không |
| Cuộn dây kín quay trong từ trường, số đường sức qua cuộn dây luân phiên tăng giảm | Biến thiên | Có |
| Cuộn dây hở (không nối kín), nam châm chuyển động | Biến thiên | Không có dòng điện chạy trong mạch |
Kết luận: trong cuộn dây dẫn kín, dòng điện cảm ứng xuất hiện khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên.
4. Mẹo nhớ và những lỗi sai thường gặp
- Mẹo nhớ: “Kín + Thay đổi”. Thiếu một trong hai là không có dòng điện cảm ứng.
- Sai lầm 1: nghĩ rằng đặt cuộn dây trong từ trường mạnh là có dòng điện. Từ trường mạnh nhưng không đổi thì không sinh dòng điện.
- Sai lầm 2: chỉ nhớ “nam châm đi vào thì có dòng điện”. Khi nam châm đi ra cũng có dòng điện, vì số đường sức giảm vẫn là biến thiên.
- Sai lầm 3: quên điều kiện mạch kín. Ở cuộn dây hở không có dòng điện chạy, dù số đường sức vẫn biến thiên.
- Sai lầm 4: cho rằng “chuyển động” là đủ. Nếu nam châm quay quanh trục của chính nó mà từ trường của nó qua cuộn dây không thay đổi thì vẫn không có dòng điện.
5. Ứng dụng: đinamô xe đạp
Đinamô xe đạp có một nam châm và một cuộn dây. Khi bánh xe quay, núm đinamô làm nam châm quay theo. Số đường sức từ qua cuộn dây luân phiên tăng, giảm, nên trong cuộn dây xuất hiện dòng điện cảm ứng làm đèn sáng. Xe dừng thì nam châm ngừng quay, đèn tắt. Xe chạy nhanh hơn thì số đường sức biến thiên nhanh hơn, đèn sáng hơn.
6. 10 câu trắc nghiệm có đáp án và giải thích
Câu 1. Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín khi:
A. có nam châm đặt gần cuộn dây.
B. số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên.
C. cuộn dây được đặt trong từ trường mạnh.
D. cuộn dây được nối với nguồn điện.
Đáp án: B. Đây chính là điều kiện cần nhớ. A và C chưa đủ vì từ trường không đổi thì không sinh dòng điện. D mô tả dòng điện do nguồn tạo ra, không phải dòng cảm ứng.
Câu 2. Nam châm đứng yên trong lòng một cuộn dây dẫn kín. Số chỉ của điện kế nối với cuộn dây là:
A. khác 0 và không đổi.
B. bằng 0.
C. dao động liên tục.
D. tăng dần.
Đáp án: B. Nam châm đứng yên nên số đường sức qua cuộn dây không đổi, không có dòng điện cảm ứng.
Câu 3. Khi đưa nam châm lại gần rồi kéo ra xa một cuộn dây kín, dòng điện cảm ứng trong hai giai đoạn:
A. đều cùng chiều.
B. ngược chiều nhau.
C. đều bằng 0.
D. chỉ có ở giai đoạn đưa lại gần.
Đáp án: B. Lại gần thì số đường sức tăng, ra xa thì giảm. Hai trường hợp biến thiên ngược nhau nên dòng điện đổi chiều. Cả hai giai đoạn đều có dòng điện nên C và D sai.
Câu 4. Cuộn dây dẫn có hai đầu để hở, đưa nam châm vào trong cuộn dây. Nhận xét nào đúng?
A. Có dòng điện cảm ứng chạy trong cuộn dây.
B. Không có dòng điện cảm ứng chạy trong cuộn dây vì mạch không kín.
C. Không có dòng điện vì nam châm quá yếu.
D. Có dòng điện chỉ khi nam châm quay.
Đáp án: B. Điều kiện cần là mạch kín. Với mạch hở, số đường sức vẫn biến thiên nhưng không có dòng điện chạy.
Câu 5. Đèn của đinamô xe đạp sáng khi:
A. xe đứng yên, núm đinamô nằm sát bánh xe.
B. núm đinamô quay làm nam châm quay.
C. đèn được nối với pin.
D. cuộn dây được đưa ra khỏi vỏ đinamô.
Đáp án: B. Nam châm quay làm số đường sức từ qua cuộn dây biến thiên, tạo dòng điện cảm ứng. A thì núm không quay, C là nguồn pin, D không liên quan.
Câu 6. Đưa nam châm vào cuộn dây kín nhanh hơn thì dòng điện cảm ứng:
A. không đổi.
B. nhỏ hơn.
C. lớn hơn.
D. luôn bằng 0.
Đáp án: C. Nam châm chuyển động nhanh làm số đường sức từ biến thiên nhanh hơn nên dòng điện cảm ứng mạnh hơn (kim điện kế lệch nhiều hơn).
Câu 7. Một khung dây kín được đặt trong từ trường đều và quay quanh trục song song với các đường sức từ. Trong khung dây:
A. luôn có dòng điện cảm ứng.
B. có dòng điện cảm ứng, chiều không đổi.
C. không có dòng điện cảm ứng.
D. có dòng điện cảm ứng chỉ khi quay nhanh.
Đáp án: C. Khi khung quay quanh trục song song đường sức, số đường sức xuyên qua khung luôn bằng 0 và không thay đổi. Không có biến thiên nên không có dòng điện, dù quay nhanh hay chậm.
Câu 8. Khi nào cuộn dây kín đặt cạnh nam châm điện xuất hiện dòng điện cảm ứng?
A. Dòng điện qua nam châm điện ổn định, không đổi.
B. Lúc đóng hoặc ngắt mạch của nam châm điện.
C. Nam châm điện không được nối với nguồn.
D. Lõi sắt của nam châm điện bị tháo ra nhưng mạch không thay đổi.
Đáp án: B. Chỉ lúc đóng hoặc ngắt mạch, từ trường thay đổi, số đường sức qua cuộn dây biến thiên. Ở A và C từ trường không đổi. D thì từ trường của nam châm điện đã khác, nhưng đề nêu tình huống tĩnh, không có biến thiên trong lúc quan sát.
Câu 9. Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng:
A. dòng điện làm lệch kim nam châm.
B. dòng điện làm nóng dây dẫn.
C. xuất hiện dòng điện trong cuộn dây kín khi số đường sức từ qua nó biến thiên.
D. nam châm hút sắt.
Đáp án: C. A là tác dụng từ của dòng điện, B là tác dụng nhiệt, D là tính chất của nam châm.
Câu 10. Trường hợp nào sau đây không làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây kín?
A. Đưa cực Bắc của nam châm vào cuộn dây.
B. Kéo cực Nam của nam châm ra khỏi cuộn dây.
C. Cho nam châm quay trước cuộn dây làm từ trường qua nó thay đổi.
D. Giữ nam châm và cuộn dây cùng đứng yên.
Đáp án: D. Chỉ trường hợp D không có sự biến thiên số đường sức từ. Ba trường hợp còn lại đều có.
7. Bài tự luyện
- Một học sinh buộc một cuộn dây kín vào cánh cửa, đặt nam châm cố định cạnh cửa rồi mở cửa. Có dòng điện cảm ứng không? Vì sao?
Gợi ý: Có, nếu khi cửa chuyển động số đường sức từ qua cuộn dây thay đổi (cuộn dây dịch xa hoặc lại gần nam châm). Cuộn dây phải là mạch kín. - Nối cuộn dây kín với điện kế. Giữ cuộn dây đứng yên và kéo nam châm ra xa thật nhanh, sau đó kéo chậm. Lần nào kim lệch nhiều hơn?
Gợi ý: lần kéo nhanh, vì số đường sức biến thiên nhanh hơn. - Vì sao khi xe đạp dừng thì đèn dùng đinamô tắt?
Gợi ý: nam châm trong đinamô ngừng quay, số đường sức qua cuộn dây không còn biến thiên.
8. Tóm tắt cần nhớ
- Dòng điện cảm ứng là dòng điện sinh ra do từ trường biến đổi.
- Điều kiện: cuộn dây kín và số đường sức từ qua tiết diện của nó biến thiên.
- Số đường sức tăng hoặc giảm đều sinh dòng điện, chiều dòng điện ngược nhau trong hai trường hợp.
- Nam châm hoặc cuộn dây đứng yên tương đối thì không có dòng điện cảm ứng.
Câu hỏi thường gặp
Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng là gì?
Cuộn dây dẫn phải kín và số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây phải biến thiên (tăng hoặc giảm). Thiếu một trong hai điều kiện thì không có dòng điện cảm ứng.
Nam châm đứng yên trong lòng cuộn dây kín có sinh ra dòng điện không?
Không. Nam châm đứng yên thì số đường sức từ qua cuộn dây không đổi, nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Vì sao kéo nam châm ra xa cuộn dây vẫn có dòng điện cảm ứng?
Vì khi đó số đường sức từ qua cuộn dây giảm, tức là vẫn biến thiên. Dòng điện cảm ứng có chiều ngược với lúc đưa nam châm lại gần.
Cuộn dây hở có xuất hiện dòng điện cảm ứng không?
Không có dòng điện chạy trong cuộn dây hở, vì dòng điện chỉ chạy khi mạch kín. Số đường sức từ vẫn có thể biến thiên nhưng chưa đủ điều kiện.