Hiện tượng cảm ứng điện từ SVIP

1. TỪ THÔNG

Xét một vòng dây dẫn kín (C) có diện tích $S$, được đặt trong từ trường đều \(\overrightarrow{B}\). Vẽ vectơ đơn vị pháp tuyến \(\overrightarrow{n}\) của $S$. Chiều của \(\overrightarrow{n}\) có thể chọn tùy ý. Góc hợp thành bởi \(\overrightarrow{B}\) và \(\overrightarrow{n}\) kí hiệu là \(\alpha\).

Ta đặt: \(\Phi=BScos\alpha\)   (1)

Đại lượng \(\Phi\) gọi là từ thông qua diện tích $S$. 

Đơn vị của từ thông trong hệ SI là vêbe (weber), kí hiệu Wb.

Ta có: 1 Wb = 1 T.1 m².

Từ thông có thể diễn tả số đường sức từ xuyên qua một diện tích nào đó.

2.  HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

➤ Hiện tượng cảm ứng điện từ

Khi từ thông qua cuộn dây dẫn kín biến thiên thì trong cuộn dây dẫn đó xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

Hiện tượng này chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua cuộn dây dẫn kín biến thiên.

 ➤ Định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng

 Dịch chuyển cực Bắc của nam châm lại gần cuộn dây

 Dịch chuyển cực Bắc của nam châm ra xa cuộn dây

Nội dung định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông qua mạch kín đó.

➤ Định luật Faraday về suất điện động cảm ứng

Định luật Faraday về cảm ứng điện từ: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.

Nếu trong khoảng thời gian \(\Delta t\) đủ nhỏ, từ thông qua mạch kín biến thiên một lượng \(\Delta\Phi\) thì \(\left|\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}\right|\) là tốc độ biến thiên của từ thông. Vì vậy, định luật Faraday có thể viết:

\(\left|e_c\right|=k\left|\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}\right|\)

Trong hệ SI, hệ số tỉ lệ \(k=1\). Nếu kể đến định luật Lenz thì công thức xác định suất điện động cảm ứng được viết dưới dạng:

\(e_c=-\left|\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}\right|\)

Trong trường hợp mạch điện là một cuộn dây có $N$ vòng dây thì:

\(e_c=-N\left|\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}\right|\)

Trong đó \(\Phi\) là từ thông qua diện tích giới hạn bởi một vòng dây.

3. SÓNG ĐIỆN TỪ

➤ Điện từ trường

Trong vùng không gian có từ trường biến thiên theo thời gian thì trong vùng đó xuất hiện một điện trường xoáy; ngược lại, trong vùng không gian có điện trường biến thiên theo thời gian thì trong vùng đó xuất hiện một từ trường biến thiên theo thời gian. Do đó, điện trường biến thiên và từ trường biến thiên theo thời gian chuyển hóa lẫn nhau và cùng tồn tại trong không gian, được gọi là điện từ trường.

➤ Mô hình sóng điện từ

Nếu tại điểm O có một điện trường biến thiên \(\overrightarrow{E}\), thì theo Maxwell, tại vùng lân cận sẽ xuất hiện một từ trường biến thiên \(\overrightarrow{B_1}\). Tiếp theo, vì có từ trường biến thiên, nên lại xuất hiện một điện trường \(\overrightarrow{E_2}\) biến thiên ở vùng lân cận khác, rồi tương tự, lại xuất hiện \(\overrightarrow{B_3}\),... Cứ như thế điện trường và từ trường lan truyền trong không gian.

Quá trình lan truyền điện từ trường trong không gian được gọi là sóng điện từ.

Tại mỗi điểm trong không gian sóng điện từ truyền qua:

- Vectơ cường độ điện trường \(\overrightarrow{E}\) luôn vuông góc với vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\), cả hai vectơ này luôn vuông góc với phương truyền sóng. Do đó, sóng điện từ là sóng ngang.

- Cả \(\overrightarrow{E}\) và \(\overrightarrow{B}\) đều biến thiên điều hòa theo không gian và thời gian và luôn đồng pha.

 Sự lan truyền sóng điện từ

Sóng điện từ truyền được trong chân không.

Trong chân không, sóng điện từ có bước sóng \(\lambda\) là:

\(\lambda=cT=\dfrac{c}{f}\)

trong đó $c$ là tốc độ ánh sáng trong chân không, $T$ là chu kì của dao động điện từ, $f$ là tần số của sóng điện từ.

Trong quá trình lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng. Sóng có tần số càng cao thì khả năng truyền càng xa. Sóng điện từ tuân theo quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa và nhiễu xạ giống như sóng cơ.

1. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

2. Định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông qua mạch kín đó.

3. Định luật Faraday về cảm ứng điện từ: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.

4. Quá trình lan truyền điện từ trường trong không gian được gọi là sóng điện từ.