Giải chi tiết Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều bài 11 Cảm ứng điện từ. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều

MỞ ĐẦU 

Đèn pin lắc (hình 11.1) không cần dùng pin mà chỉ cần lắc để phát ánh sáng. Đèn có cấu tạo gồm một nam châm hình trụ, có thể trượt qua lại trong lòng cuộn dây dẫn. Cuộn dây dẫn được nối với bộ phận lưu trữ năng lượng để cung cấp dòng điện cho đèn LED. Đèn pin lắc hoạt động dựa trên nguyên tắc nào?

Bài làm chi tiết:

Đèn pin lắc hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ

I. DÙNG NAM CHÂM TẠO RA DÒNG ĐIỆN

Câu 1: Khi dùng nam châm vĩnh cửu tạo ra dòng điện trong cuộn dây dẫn kín, làm thế nào để nhận biết trong cuộn dây dẫn kín có xuất hiện dòng điện cảm ứng?

Bài làm chi tiết:

- Dùng kim điện kế, bóng đèn LED, điện kế, …

Câu 2: Ở sơ đồ mạch điện hình 11.3, nếu dòng điện chạy qua cuộn dây dẫn theo chiều từ A đến B và ngược lại từ B đến A, em hãy cho biết mỗi đèn LED sáng tối như thế nào?

Bài làm chi tiết:

Khi dòng điện chạy từ A đến B: 

+ Đèn LED 1: Dòng điện sẽ chạy qua mũi tên chỉ chiều thuận của LED 1, do đó LED 1 sẽ sáng. 

+ Đèn LED 2: Dòng điện sẽ chạy ngược chiều với mũi tên chỉ chiều thuận của LED 2, do đó LED 2 sẽ không sáng.

Khi dòng điện chạy từ B đến A: 

+ Đèn LED 1: Dòng điện sẽ chạy ngược chiều với mũi tên chỉ chiều thuận của LED 1, do đó LED 1 sẽ không sáng. 

+ Đèn LED 2: Dòng điện sẽ chạy theo mũi tên chỉ chiều thuận của LED 2, do đó LED 2 sẽ sáng.

II. ĐIỀU KIỆN XUẤT HIỆN DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG

Câu 1: Tìm một phương án khác để làm thay đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn kín. Từ đó, thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Bài làm chi tiết:

• Thay đổi vị trí cuộn dây
• Thay đổi hướng cuộn dây
• Thay đổi độ lớn từ trường
• Thay đổi số vòng dây của cuộn dây
• Sử dụng lõi sắt

Câu 2: Treo nam châm vĩnh cửu lên giá thí nghiệm bằng một sợi dây mềm. Đặt một cuộn dây dẫn kín phía dưới nam châm vĩnh cửu (hình 11.6). 

a) Nêu cách tiến hành thí nghiệm để làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín. 

b) Phân tích sự thay đổi của số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn kín trong quá trình chuyển động của nam châm vĩnh cửu. 

c) Nêu một số cách để nhận biết sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng trong thí nghiệm này.

Bài làm chi tiết:

a) Di chuyển nam châm vĩnh cửu lại gần hoặc ra xa cuộn dây dẫn kín.

b) 

• Khi di chuyển nam châm vĩnh cửu lại gần cuộn dây số đường sức từ tăng lên.
• Khi di chuyển nam châm vĩnh cửu ra xa cuộn dây số đường sức từ giảm xuống.

c) Dùng kim điện kế, ampe kế, bóng đèn, cảm biến từ.

Câu 3: Giải thích hoạt động của đèn pin lắc ở hình 11.1.

Bài làm chi tiết:

• Đèn pin lắc hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ. Khi lắc đèn, nam châm vĩnh cửu di chuyển qua lại trong lòng cuộn dây dẫn, tạo ra sự thay đổi từ thông qua cuộn dây. 
• Theo định luật Faraday, sự thay đổi từ thông này sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng trong cuộn dây. Suất điện động cảm ứng này sẽ tạo ra dòng điện chạy trong cuộn dây, cung cấp năng lượng cho đèn LED phát sáng.

III. NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Câu 1: Nếu nam châm chuyển động dọc theo trục của cuộn dây dẫn kín đứng yên theo một chiều thì các đèn LED phát sáng như thế nào?

Bài làm chi tiết: 

• Khi nam châm chuyển động dọc theo trục của cuộn dây dẫn kín đứng yên theo một chiều, các đèn LED sẽ sáng liên tục. 
• Tuy nhiên, độ sáng của đèn LED sẽ thay đổi tùy thuộc vào tốc độ chuyển động của nam châm.

Câu 2: Mô tả sự thay đổi của số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín trong một vòng quay của năm châm ở hình 11.7.

Bài làm chi tiết:

• Trong một vòng quay của năm thanh nam châm, số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín biến thiên liên tục. 
• Số đường sức từ đạt giá trị cực đại hai lần khi các cực Bắc của nam châm hướng về phía cuộn dây dẫn kín. Số đường sức từ đạt giá trị cực tiểu hai lần khi các cực Nam của nam châm hướng về phía cuộn dây dẫn kín.

Vận dụng: Dynamo ở xe đạp là bộ phận tạo ra dòng điện để làm đèn phát sáng. Cấu tạo của dynamo được mô tả như hình 11.10. Khi cho núm xoay của dynamo tiếp xúc với bánh xe, bánh xe quay khiến cho núm xoay quay theo. Hiện nay, dynamo được nối với bộ phận lưu trữ năng lượng để đèn có thể sáng ngay cả khi núm xoay không quay. Giải thích cách tạo ra dòng điện của thiết bị này.

Bài làm chi tiết: 

• Khi bánh xe quay, núm xoay cũng quay theo, làm cho nam châm quay. 
• Sự chuyển động của nam châm tạo ra biến đổi từ thông qua cuộn dây dẫn kín. 
• Theo định luật Faraday, sự biến đổi từ thông này sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín. 
• Suất điện động cảm ứng này sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng chạy trong cuộn dây dẫn kín. 
• Dòng điện cảm ứng này sẽ cung cấp năng lượng cho đèn và làm cho đèn sáng.