Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng là gì?

I. Tìm hiểu thêm về dòng điện cảm ứng

1. Sự biến đổi số đường súc từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây

Khi đưa một cực của nam châm lại gần hay ra xa đầu một cuộn dây thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây dẫn tăng hoặc giảm (biến thiên).

2. Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng

Điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng trong dây dẫn kín là số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đó biến thiên.

II. Ứng dụng dòng điện cảm ứng trong thực tế

Dòng điện cảm ứng có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày. Dưới đây là một số ví dụ:

Thiết bị điện tử cá nhân:

Điện thoại thông minh và máy tính bảng: Màn hình cảm ứng cho phép người dùng tương tác trực tiếp với thiết bị, điều này đã trở thành tiêu chuẩn trong nhiều thiết bị di động.

Máy chơi game: Cảm ứng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị chơi game như Nintendo Switch, PlayStation, Xbox và các loại máy chơi game cầm tay khác.

Công nghệ gia dụng:

Bếp điện từ cảm ứng: Bếp có thể được điều khiển thông qua việc chạm vào hoặc đặt các vật dụng cảm ứng trên bề mặt.

Màn hình thông minh trong nhà: Bảng điều khiển thông minh trong nhà có thể sử dụng công nghệ cảm ứng để điều khiển đèn, điều hòa nhiệt độ, và các thiết bị gia đình khác.

Công nghiệp và kỹ thuật:

Màn hình cảm ứng trong công nghiệp: Công nghệ cảm ứng được sử dụng trong các ngành công nghiệp để điều khiển và giám sát quy trình sản xuất.

Cảm biến cảm ứng trong ô tô: Hệ thống cảm ứng được tích hợp trong các ô tô hiện đại để cung cấp các tính năng như điều khiển bằng cử chỉ, màn hình cảm ứng trên xe, và các tính năng an toàn như cảnh báo va chạm.

Y tế:

Thiết bị y tế cảm ứng: Công nghệ cảm ứng được áp dụng trong các thiết bị y tế như máy xét nghiệm y khoa để kiểm soát và đo lường.

Màn hình cảm ứng trong y khoa: Màn hình cảm ứng được tích hợp trong các thiết bị y tế để thuận tiện cho việc điều chỉnh và điều khiển các chức năng.

III. Giải bài tập về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng

Câu C1 | Trang 87 SGK Vật Lý 9

Hãy quan sát xem các đường sức từ ở hình 32.1 SGK xuyên qua tiết diện s của một cuộn dây dẫn biến thiên như thế nào (tăng hay giảm) ở trong những trường hợp sau:

Đưa nam châm lại gần với cuộn dây theo phương vuông góc cùng với tiết diện S của cuộn dây.

Đặt nam châm đứng yên ở trong cuộn dây.

Đưa nam châm ra phía xa cuộn dây theo phương vuông góc cùng với tiết diện S của cuộn dây.

Để nam châm nằm yên và cho cuộn dây chuyển động lại gần với nam châm.

Hướng dẫn giải

– Đưa nam châm lại gần với cuộn dây theo phương vuông góc cùng với tiết diện S của cuộn dây 

⇒ Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S tăng lên.

– Đặt nam châm đứng yên ở trong cuộn dây 

⇒ Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S không đổi.

– Đưa nam châm ra phía xa cuộn dây theo phương vuông góc cùng với tiết diện S của cuộn dây 

⇒ Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S giảm xuống.

– Để nam châm nằm yên và cho cuộn dây chuyển động lại gần với nam châm 

⇒ Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S tăng lên.

Câu C2 | Trang 88 SGK Vật Lý 9 

Đối chiếu kết quả của thí nghiệm ở trên với việc khảo sát số lượng đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây, hãy chọn từ ngữ thích hợp điền vào các ô trống của bảng 1?

Hướng dẫn giải:

Câu C3 | Trang 88 SGK Vật Lý 9 

Từ bảng 1 suy ra ở trong điều kiện nào thì dòng điện cảm ứng xuất hiện ở trong cuộn dây dẫn kín.

Hướng dẫn giải

Điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng ở trong cuộn dây dẫn kín là số lượng đường sức từ đi xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đó tăng hoặc giảm( biến thiên).

Câu C4 | Trang 88 SGK Vật Lý 9 

Vận dụng nhận xét ở trên để giải thích tại vì sao trong thí nghiệm tại hình 31.3, khi ngắt hay đóng mạch của nam châm điện thì ở trong cuộn dây dẫn kín sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Khi ta đóng mạch điện → Cường độ dòng điện tăng. Điều này làm cho từ trường của nam châm điện mạnh dần lên → Số đường sức từ qua tiết diện S của cuộn dây cũng tăng lên → Xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Khi ta ngắt mạch điện, cường độ điện trường ở trong nam châm điện giảm về 0. Điều này làm cho từ trường của nam châm điện yếu đi → Số đường sức từ qua tiết diện S của cuộn dây cũng giảm xuống → Xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Câu C5 | Trang 89 SGK Vật Lý 9

Hãy vận dụng kết luận vừa nhận được để giải thích tại sao khi quay núm của đinamô thì đèn của xe đạp lại sáng.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Khi quay núm của động cơ định hướng với nam châm cố định, đó có thể là động cơ định hướng từ trường hoặc động cơ quay từ trường, tạo ra một dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn của đinamô.

Khi quay núm, nam châm trong đinamô cũng quay theo và tạo ra một từ trường chuyển động. Khi từ trường này cắt qua dây dẫn trong đinamô, nó tạo ra một điện động trong dây dẫn theo định luật Faraday về điện từ động. Điện động này kích thích electron di chuyển trong dây dẫn, tạo ra dòng điện.

Dòng điện này được điều khiển thông qua các bộ mạch điện tử để cung cấp điện năng cho đèn của xe đạp, khiến đèn sáng. Đinamô, trong trường hợp này, chuyển động cơ cơ học thành năng lượng điện.

Đây là nguyên lý hoạt động cơ bản của đinamô trong xe đạp, nơi chuyển động cơ cơ học được chuyển đổi thành năng lượng điện thông qua việc tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn khi nam châm quay trong từ trường.

Câu C6 | Trang 89 SGK Vật Lý 9

Hãy giải thích tại sao khi cho nam châm quay như tại hình 31.4 thì ở trong cuộn dây dẫn kín dòng điện cảm ứng lại xuất hiện.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Hình 31.4 thường mô tả hiện tượng quay nam châm trong một cuộn dây dẫn. Khi nam châm quay, dòng điện cảm ứng được tạo ra trong cuộn dây dẫn này theo định luật Faraday về điện từ động.

Khi nam châm quay, nó tạo ra một đường sức từ đổi, có thể diễn ra qua việc cắt qua dây dẫn. Khi nam châm quay, đường sức từ tạo ra từ nam châm cũng thay đổi theo thời gian. Khi đó, việc thay đổi này tạo ra một điện động trong cuộn dây dẫn. Điện động này kích thích các electron di chuyển trong dây dẫn, tạo ra dòng điện cảm ứng.

Do đó, khi cho nam châm quay thì số lượng đường sức từ đi qua cuộn dây dẫn kín tăng hoặc giảm (biến thiên), vậy nên trong cuộn dây dẫn kín sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng và làm cho đèn LED sáng lên.

Bài 8 trang 72 sách bài tập Vật Lí 9: Một HS nói rằng: “điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một cuộn dây dẫn kín là có chuyển động tương đối giữa nam châm và cuộn dây”. Lời phát biểu đúng hay sai? Vì sao?

Lời giải:

Lời phát biểu trên là sai. Vì điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một cuộn dây dẫn kín là số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đó biến thiên. Do vậy, có trường hợp chuyển động tương đối giữa nam châm và cuộn dây không làm số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây biến thiên nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng.