Giải vật lí 11 bài 25: Tự cảm
CHƯƠNG 1: DAO ĐỘNG
CHƯƠNG 3: ĐIỆN TRƯỜNG
CHƯƠNG 4: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI
CHƯƠNG 1: DAO ĐỘNG
CHƯƠNG 3: ĐIỆN TRƯỜNG
CHƯƠNG 4: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI
[toc:ul]
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. Hiện tượng tự cảm
1.1.Từ thông riêng của một mạch kín
Từ thông riêng của mạch là từ thông xuất hiện khi trong mạch kín có dòng điện cường độ i.
$\phi = L.i$ với L là độ tự cảm của mạch (C), đơn vị của độ tự cảm là Henry (H)
Độ tự cảm của ống dây hình trụ có chiều dài khá lớn so với đường kính tiết diện:
L = $4\pi .10^{-7}\frac{N^{2}}{l}.S$
Trong đó:
L: Độ tự cảm của ống dây (H)
N: Số vòng dây (vòng).
l: Chiều dài ống dây (m).
S: Tiết diện ống dây (m2)
Chú ý: Ống dây này còn được gọi là cuộn cảm.
Độ tự cảm của ống dây có lõi sắt: L = $4\pi .10^{-7}\mu \frac{N^{2}}{l}.S$ với $\mu $: độ từ thẩm, đặc trưng cho từ tính của lõi sắt.
1.2. Hiện tượng tự cảm
Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
Đối với mạch điện một chiều: Hiện tượng tự cảm xảy ra khi đóng và ngắt mạch.
Đối với mạch xoay chiều: Hiện tượng tự cảm luôn xảy ra.
Hiện tượng tự cảm cũng tuân theo các định luật của hiện tượng cảm ứng điện từ.
2. Suất điện động tự cảm
Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch khi xảy ra hiện tượng tự cảm được gọi là suất điện động tự cảm.
Biểu thức: $e_{tc} = - L.\frac{\Delta i}{\Delta t}$
Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
Chú ý: Năng lượng từ trường của cuộn cảm: Năng lượng tích lũy trong ống dây tự cảm khi có dòng điện chạy qua:
$W = \frac{1}{2}.L.i^{2}$
II. GIẢI BÀI TẬP
Giải câu 1: Trong những trường hợp nào có...
Trong những trường hợp nào có hiện tượng tự cảm?
Bài giải:
Đối với mạch 1 chiều: Hiện tượng tự cảm xảy ra khi đóng và ngắt mạch.
Đối với mạch xoay chiều: Hiện tượng tự cảm luôn luôn xảy ra.
Giải câu 2: Phát biểu định nghĩa từ thông riêng...
Phát biểu định nghĩa từ thông riêng, độ tự cảm của một mạch kín.
Bài giải:
Từ thông riêng của mạch là từ thông xuất hiện khi trong mạch kín có dòng điện cường độ i.
$\phi = L.i$ với L là độ tự cảm của mạch (C), đơn vị của độ tự cảm là Henry (H)
Giải câu 4: Chọn câu đúng...
Chọn câu đúng.
Một ống dây có độ tự cảm L; ống dây thứ hai có số vòng dây tăng gấp đôi và diện tích mỗi vòng dây giảm đi một nửa so với ống dây thứ nhất. Nếu hai ống dây có chiều dai như nhau thì độ tự cảm của ống dây thứu hai là
A. L
B. 2L
C. $\frac{L}{2}$
D. 4L
Bài giải:
Chọn đáp án B
Giải thích:
Độ tự cảm của ống dây thứ nhất là: L = $4\pi .10^{-7}\frac{N^{2}}{l}.S$
Độ tự cảm của ống dây thứ hai là:
L’ = $4\pi .10^{-7}\frac{(N’)^{2}}{l}.S’ = 4\pi .10^{-7}\frac{(2N)^{2}}{l}.\frac{S}{2} = 2.4\pi .10^{-7}\frac{N^{2}}{l}.S = 2L$
Giải câu 5: Phát biểu nào dưới đây là sai...
Phát biểu nào dưới đây là sai?
Suất điện động tự cảm có giá trị lớn khi
A. dòng điện tăng mạnh
B. Dòng điện giảm mạnh
C. dòng điện có giá trị lớn
D. dòng điện biến thiên nhanh
Bài giải:
Chọn đáp án C.
Giải câu 6: Tính độ tự cảm của một ống dây hình...
Tính độ tự cảm của một ống dây hình trụ có chiều dài 0,5 m gồm 1 000 vòng dây, mỗi vòng dây có đường kính 20 cm.
Bài giải:
Tiết diện ống dây là: S = $\pi .r^{2} = \pi .(\frac{20.10^{-2}}{2})^{2} = 0,01\pi $
Độ tự cảm của ống dây là: L = $4\pi .10^{-7}\frac{1000^{2}}{0,5}.0,01\pi \approx 0,079 $H
Giải câu 7: Suất điện động tự cảm 0,75 V xuất...
Suất điện động tự cảm 0,75 V xuất hiện trong một cuộn cảm có L = 25 mH; tại đó cường độ dòng điện giảm từ giá trị ia xuống 0 trong 0,01s. Tính ia.
Bài giải:
Ta có: etc = - L. $\frac{\Delta i}{\Delta t}$ $\Rightarrow $ $- \Delta i = -(0 - i_{a}) = i_{a} = \frac{e_{tc}.\Delta t}{L} = \frac{0,75.0,01}{25.10^{-3}} = 0,3$A
Giải câu 8: Trong mạch điện hình 25.5, cuộn cảm...
Trong mạch điện hình 25.5, cuộn cảm L có điện trở bằng 0. Dòng điện qua L bằng 1,2 A; độ tự cảm L = 0,2 H. Chuyển K sang vị trí b, tính nhiệt lượng tỏa ra trong R.
Bài giải:
Trong mạch trên, áp dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa cơ năng, nhiệt lượng tỏa ra trên R chính là phần năng lượng từ trường trong ống dây.
$Q = W =\frac{1}{2}.L.i^{2} = \frac{1}{2}.0,2.1,2^{2} = 0,144$ (J)
Giải câu 3: Độ lớn của suất điện động tự cảm...
Độ lớn của suất điện động tự cảm phụ thuộc vào những đại lượng nào?
Bài giải:
Độ lớn của suất điện động tự cảm phụ thuộc vào:
- Độ tự cảm của mạch
- Độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch.