Giải chi tiết Khoa học tự nhiên 9 CTST bài 12: Cảm ứng điện từ

Mở đầu: Hình bên là một loại đèn pin sử dụng bóng đèn LED được nạp điện bằng cách bóp cò tay vào cần nạp điện. Bên trong đèn pin có nam châm, cuộn dây dẫn và một pin sạc lithium để nạp điện. Loại đèn này hoạt động dựa vào nguyên tắc nào? 

Bài làm chi tiết:

Loại đèn pin sử dụng bóng đèn LED được nạp điện bằng cách bóp cò tay vào cần nạp điện. Bên trong đèn pin có nam châm, cuộn dây dẫn và một pin sạc lithium để nạp điện. Loại đèn pin này hoạt động dựa vào nguyên lý của nguyên tắc cảm ứng điện từ. Khi người dùng bóp cò tay vào cần nạp điện, việc này tạo ra một chuyển động, làm di chuyển nam châm trong cuộn dây dẫn. Sự di chuyển này tạo ra dòng điện xoay chiều trong dây dẫn theo nguyên tắc của định luật Faraday. Dòng điện này sau đó được sử dụng để nạp điện vào pin sạc lithium bên trong đèn pin, từ đó cung cấp nguồn năng lượng cho bóng đèn LED.

1. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Câu 1: Tiến hành Thí nghiệm 1, từ đó cho biết ở trường hợp nào thì trong cuộn dây dẫn xuất hiện dòng điện

Bài làm chi tiết:

Tiến hành Thí nghiệm 1.Trường hợp cho nam châm vĩnh cửu dịch chuyển hoặc quay trước cuộn dây thì trong cuộn dây dẫn xuất hiện dòng điện

Câu 2: Tiến hành Thí nghiệm 2, từ đó cho biết ở trường hợp nào thì trong cuộn dây dẫn B xuất hiện dòng điện

Bài làm chi tiết:

Tiến hành Thí nghiệm 2.Trường hợp cho trong khi đóng và mở công tắc điện thì trong cuộn dây dẫn B xuất hiện dòng điện

Câu 3: Từ Thí nghiệm 1 và 2, có thể kết luận gì về sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng?

Bài làm chi tiết:

Từ Thí nghiệm 1 và 2. Sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng có liên quan đến sự biến đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn

2. CÔNG SUẤT ĐIỆN

Câu 4: Nêu nhận xét về mối liên hệ giữa sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn và sự biến đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn

Bài làm chi tiết:

Nhận xét:

Mối liên hệ giữa sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn và sự biến đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn là một trong những hiện tượng cơ bản của điện từ. Khi có sự thay đổi về số lượng đường sức từ đi qua một vùng không gian, dòng điện cảm ứng sẽ được tạo ra trong cuộn dây dẫn ở xung quanh vùng đó. Điều này được mô tả bởi Định luật Faraday, một trong những nguyên lý cơ bản của điện từ.

Cụ thể, khi có sự biến đổi của số đường sức từ đi qua tiết diện của cuộn dây dẫn, đường sức từ này sẽ tạo ra một trường từ biến thiên xung quanh vùng không gian đó. Khi một cuộn dây dẫn được đặt trong trường từ này, sự biến thiên của trường từ sẽ tạo ra một điện áp điện từ, dẫn đến sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn. Điều này làm cho mối liên hệ giữa sự biến đổi số đường sức từ và sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trở nên rõ ràng.

Câu 5: Nêu điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng

Bài làm chi tiết:
Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng là khi một dây dẫn chuyển động qua một từ trường biến thiên, tạo ra sự cắt của dây dẫn với đường từ. Khi có sự cắt này, một dòng điện cảm ứng sẽ được tạo ra trong dây dẫn đó.

Luyện tập: Giải thích vì sao khi cho nam châm vĩnh cửu quay quanh trục thẳng đứng trước một cuộn dây dẫn thì kim điện kế bị lệch

Bài làm chi tiết:
Khi cho nam châm vĩnh cửu quay quanh trục thẳng đứng trước một cuộn dây dẫn, sự chuyển động của nam châm tạo ra dòng điện trong dây dẫn theo nguyên tắc cắt dòng điện. Dòng điện này tạo ra từ cảm ứng điện từ và làm thay đổi trường từ xung quanh cuộn dây. Khi kim điện kế được đặt gần cuộn dây này, dòng điện trong dây dẫn tạo ra một trường từ khác biệt, gây ra lực đối với kim điện kế, làm cho kim lệch khỏi vị trí ban đầu. Điều này làm cho kim điện kế chứng tỏ sự tồn tại của dòng điện và hiện tượng cảm ứng điện từ.

Luyện tập: Đề xuất một cách khác để làm biến đổi số đường sức từ xuyên qua một cuộn dây dẫn mềm đặt cạnh một nam châm vĩnh cửu. Lập phương án và tiến hành thí nghiệm để kiểm tra xem trong cuộn dây dẫn có dòng điện cảm ứng hay không

Bài làm chi tiết:

Đề xuất:

Một cách để làm biến đổi số đường sức từ xuyên qua một cuộn dây dẫn mềm đặt cạnh một nam châm vĩnh cửu là thay đổi tốc độ hoặc hướng di chuyển của nam châm vĩnh cửu. Khi nam châm vĩnh cửu di chuyển gần hoặc xa khỏi cuộn dây dẫn, dòng điện cảm ứng sẽ được tạo ra trong cuộn dây. Điều này là kết quả của sự thay đổi trong dòng sức mảnh và mật độ từ trường của nam châm vĩnh cửu khi nó tiếp xúc với cuộn dây dẫn.

Phương án:

Chuẩn bị một cuộn dây dẫn mềm và một nam châm vĩnh cửu.

Đặt cuộn dây dẫn mềm ngay cạnh nam châm vĩnh cửu.

Kết nối hai đầu của cuộn dây dẫn với một máy đo dòng điện để theo dõi dòng điện cảm ứng.

Di chuyển nam châm vĩnh cửu dần dần xa hoặc gần cuộn dây dẫn và ghi lại các giá trị dòng điện đo được.

Kết quả:

Nếu dòng điện được đo thay đổi khi nam châm vĩnh cửu di chuyển gần hoặc xa khỏi cuộn dây dẫn, điều này chứng tỏ rằng có dòng điện cảm ứng được tạo ra trong cuộn dây. Điều này xác nhận rằng biến đổi số đường sức từ đã xảy ra và dòng điện cảm ứng đã được tạo ra trong cuộn dây dẫn mềm.

Luyện tập: Trả lời câu hỏi ở phần Mở đầu bài học

Bài làm chi tiết:

Loại đèn pin này hoạt động dựa vào nguyên lý của nguyên tắc cảm ứng điện từ. Khi người dùng bóp cò tay vào cần nạp điện, việc này tạo ra một chuyển động, làm di chuyển nam châm trong cuộn dây dẫn. Sự di chuyển này tạo ra dòng điện xoay chiều trong dây dẫn theo nguyên tắc của định luật Faraday. Dòng điện này sau đó được sử dụng để nạp điện vào pin sạc lithium bên trong đèn pin, từ đó cung cấp nguồn năng lượng cho bóng đèn LED.

Vận dụng: 

1. Nêu tên một số dụng cụ, thiết bị mà hoạt động của chúng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ 
2. Giải thích cách tạo ra dòng điện cảm ứng của một trong những dụng cụ. thiết bị đã nêu ở câu a

Bài làm chi tiết:

a) Tên một số dụng cụ và thiết bị hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ bao gồm: động cơ điện, máy phát điện, biến áp, máy hàn điện, cảm biến từ, v.v.

b) Để tạo ra dòng điện cảm ứng trong một động cơ điện, chẳng hạn, ta cần một nam châm vĩnh cửu và một cuộn dây dẫn điện được đặt trong một trường từ biến đổi. Khi nam châm di chuyển hoặc thay đổi vị trí, dòng điện sẽ được tạo ra trong cuộn dây dẫn điện do hiện tượng cảm ứng điện từ. Sự thay đổi trong trường từ sẽ tạo ra một lưu lượng điện trong dây dẫn, tạo điều kiện cho hoạt động của động cơ điện.