Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 trang 157 sgk Vật Lí 11

Nội Dung

Hướng dẫn giải Bài 25. Tự cảm sgk Vật Lí 11. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 trang 157 sgk Vật Lí 11 bao gồm đầy đủ phần lý thuyết, câu hỏi và bài tập, đi kèm công thức, định lí, chuyên đề có trong SGK để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 11, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.

LÍ THUYẾT

I – Từ thông riêng của một mạch kín

Giả sử có một mạch kín C, trong đó có dòng điện cường độ i. Dòng điện i gây ra một từ trường, từ trường này gây ra một từ thông $Φ$ qua C được gọi là từ thông riêng của mạch. Rõ ràng, từ thông này tỉ lệ với cảm ứng từ do $i$ gây ra , nghĩa là tỉ lệ với $i$. Ta có thể viết: $Φ = Li$ (25.1)

$L$ là một hệ số, chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín C gọi là độ tự cảm của C. Trong công thức (25.1) $i$ tính ra ampe (A), $Φ$ tính ra vebe (Wb), khi đó độ tự cảm $L$ tính ra henry (H).

Ví dụ có một ống dây điện chiều dài l, tiết diện S, gồm tất cả N vòng dây, trong đó có dòng điện cường độ i chạy gây ra từ trường đều trong lòng ống dây đó. Cảm ứng từ B trong lòng ống dây cho bởi:

$B = 4\pi 10^{-7}\dfrac{N}{l}i$

Dễ dàng tính được từ thông riêng của ống dây đó và suy ra độ tự cảm ( viết trong hệ đơn vị SI) : $L = 4\pi 10^{-7}\dfrac{N^{2}}{l}S$ (25.2)

Công thức này áp dụng đối với một ống dây điện hình trụ có chiều dài l khá lớn so với đường kính tiết diện S. Ống dây có độ tự cảm L đáng kể, được gọi là ống dây tự cảm hay cuộn cảm.

II – Hiện tượng tự cảm

Trong mạch kín C có dòng điện cường độ i: Nếu do một nguyên nhân nào đó cường độ i biến thiên thì từ thông riêng của C biến thiên; khi đó trong X xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ; hiện tượng này gọi là 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.

Trong các mạch điện một chiều, hiện tượng tự cảm thường xảy ta khi đóng mạch ( dòng điện tăng lên đột ngột) và khi ngắt mạch (dòng điện giảm xuống 0 )

Trong các mạch điện xoay chiều, luôn luôn xảy ra hiện tượng tự cảm, vì cường độ dòng điện xoay chiều biến thiên liên tục theo thời gian.

III – Suất điện động tự cảm

1. Khi có hiện tượng tự cảm xảy ta trong một mạch điện thì suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch được gọi là suất điện động tự cảm. Giá trị của nó được tính theo công thức tổng quát:

$e_{tc}=-\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}$

Trong đó $Φ$ là từ thông riêng được cho bởi : $Φ = Li$

Vì $L$ không đổi, nên $∆Φ = L ∆i$

Vậy suất điện động tự cảm có công thức:

$e_{tc}= – L\dfrac{\Delta i }{\Delta t}$ (25.3)

Dấu trừ trong (25.3) phù hợp với định luật Len-xơ

2. Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm

Trong thí nghiệm khi ngắt K, đèn sáng bừng lên trước khi tắt. Điều này chứng tỏ đã có một năng lượng giải phóng trong đèn. Năng lượng này chính là năng lượng đã được tích lũy trong ống dây tự cảm khi có dòng điện chạy qua. Người ta chứng minh được rằng, khi có dòng điện cường độ i chạy qua ống dây tự cảm thì ống dây tích lũy được một năng lượng cho bởi:

$W =\dfrac{1}{2}Li^2$ (25.4)

VI – Ứng dụng

Hiện tượng tự cảm có nhiều ứng dụng trong các mạch điện xoay chiều. Cuộn cảm là một phần tử quan trọng trong các mạch điện xoay chiều có mạch dao động và các máy biến áp..

CÂU HỎI (C)

1. Trả lời câu hỏi C1 trang 153 Vật Lý 11

Hãy thiết lập công thức:

$L = 4.\pi {.10^{ – 7}}.\dfrac{{{N^2}}}{l}S$

Trả lời:

Xét cuộn dây có chiều dài l, tiết diện S, được quấn N vòng dây.

Khi có dòng điện i chạy qua cuộn dây, trong lòng cuộn dây xuất hiện từ trường $\overrightarrow B $

$ B = 4.\pi {.10^{ – 7}}.\dfrac{N}{l}i$

Từ trường này gây ra từ thông xuyên qua ống dây.

$\Phi = N.B.S = N.\left( {4.\pi {{.10}^{ – 7}}.\dfrac{N}{l}i} \right).S$

Từ thông này chính là từ thông riêng của cuộn dây nên: $\Phi = L.i\,\,\,\left( 2 \right)$

với L là độ tự cảm của cuộn dây.

Từ (1) và (2) suy ra độ tự cảm của cuộn dây:

$L = 4.\pi {.10^{ – 7}}.\dfrac{{{N^2}}}{l}S$

2. Trả lời câu hỏi C2 trang 155 Vật Lý 11

Trong mạch điện vẽ trên hình 25.4 SGK, khóa K đang đóng ở vị trí a. Nếu chuyển K sang vị trí b thì điện trở R nóng nên. Hãy giải thích.

Trả lời:

– Khi K ở chốt a, không có dòng điện qua R.

– Khi ngắt K khỏi chốt a, cường độ dòng điện qua ống dây giảm đột ngột về 0, khi đó trong ống dây xảy ra hiện tượng tự cảm. Suất điện động cảm ứng xuất hiện có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó,tức là chống lại sự giảm cường độ dòng điện qua L. Trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng cùng chiều với i_L ban đầu.

– Khi đó chuyển khóa K sang chốt b, dòng điện cảm ứng này chạy qua R làm điện trở R nóng lên.

3. Trả lời câu hỏi C3 trang 156 Vật Lý 11

Chứng tỏ rằng hai vế của phương trình sau có cùng đơn vị là Jun (J)

${\rm{W}} = \dfrac{1}{2}.L{i^2}$

Trả lời:

Theo công thức suất điện động tự cảm:

${{\rm{e}}_{tc}} = – L.\dfrac{{\Delta i}}{{\Delta t}}$

Độ tự cảm L có đơn vị là: $\left( {V.\dfrac{s}{A}} \right)$

Do đó đơn vị của vế phải là: $\left( {\dfrac{{V.s}}{A}.{A^2}} \right) = V\left( {A.s} \right)$

Đơn vị của [A.s] là đơn vị của điện lượng (q)

⇒ [V.(A.s)] = [V.C] [V.C] là đơn vị của công nên [V.C] = J

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 trang 157 sgk Vật Lí 11 đầy đủ và ngắn gọn nhất. Nội dung chi tiết bài giải (câu trả lời) các câu hỏi và bài tập các bạn xem sau đây:

❓

1. Giải bài 1 trang 157 Vật Lý 11

Trong những trường hợp nào có hiện tượng tự cảm?

Trả lời:

Hiện tượng tự cảm xuất hiện khi trong mạch điện có cường độ dòng điện biến thiên:

– Đối với mạch 1 chiều: Hiện tượng tự cảm xảy ra khi đóng hay ngắt mạch.

– Đối với mạch xoay chiều: Hiện tượng tự cảm luôn luôn xảy ra.

2. Giải bài 2 trang 157 Vật Lý 11

Phát biểu định nghĩa từ thông riêng, độ tự cảm của một mạch kín.

Trả lời:

Giả sử có một mạch kín (C), trong đó có dòng điện cường độ i. Dòng điện i gây ra một từ trường, từ trường này gây ra một từ thông Φ qua (C) được gọi là từ thông riêng của mạch.

L là một hệ số, chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín (C) gọi là độ tự cảm của (C).

3. Giải bài 3 trang 157 Vật Lý 11

Độ lớn của suất điện động tự cảm phụ thuộc các đại lượng nào?

Trả lời:

Suất điện động tự cảm e_tc = – L $\frac{\Delta i}{\Delta t}$.

Từ đây ta thấy nó tỉ lệ với độ tự cảm của mạch và tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện $\frac{\Delta i}{\Delta t}$ trong mạch.

?

1. Giải bài 4 trang 157 Vật Lý 11

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 một nửa so với ống dây thứ nhất. Nếu hai ống dây có chiều dài như nhau thì độ tự cảm của ống dây thứ hai là:

A. L ; B. 2L ; C. $\frac{L}{2}$ ; D. 4L

Bài giải:

Độ tự cảm của hai ống dây:

${L_1} = 4\pi {.10^{ – 7}}.{{N_1^2} \over l}{S_1} = L$

${L_2} = 4\pi {.10^{ – 7}}.{{N_2^2} \over l}{S_2} $

$= 4\pi {.10^{ – 7}}.{{{{\left( {2{N_1}} \right)}^2}} \over l}{{{S_1}} \over 2} = 2.\left( {4\pi {{.10}^{ – 7}}.{{N_1^2} \over l}{S_1}} \right)$

$\Rightarrow {L_2} = 2{L_1} = 2L$

⇒ Đáp án: B.

2. Giải bài 5 trang 157 Vật Lý 11

Phát biểu nào dưới đây là sai?

Suất điện động tự cảm có giá trị lớn khi:

A. Dòng điện tăng nhanh

B. Dòng điện giảm nhanh

C. Dòng điện có giá trị lớn

D. Dòng điện biến thiên nhanh.

Bài giải:

Ta có, suất điện động tự cảm: ${e_{tc}} = \displaystyle- L{{\Delta i} \over {\Delta t}}$ phụ thuộc vào hệ số tự cảm và tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện (tỉ số $\dfrac{\Delta i}{\Delta t}$)

⇒ Khi dòng điện tăng nhanh hay giảm nhanh thì tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện càng lớn. ⇒ Suất điện động tự cảm có giá trị lớn.

⇒ Các phương án A, B, D – đúng, Phương án C – sai

⇒ Đáp án: C.

3. Giải bài 6 trang 157 Vật Lý 11

Tính độ tự cảm của mỗi ống dây hình trụ có chiều dài 0,5 m gồm 1000 vòng dây, mỗi vòng dây có đường kính 20 cm.

Bài giải:

Ta có, độ tự cảm của ống dây: $L = 4\pi {.10^{ – 7}}\dfrac{{{N^2}}}{l}S$

Theo đề bài, ta có:

– Số vòng dây: $N = 1000$ vòng dây

– Chiều dài ống: $l = 0,5m$

– Mỗi vòng dây có đường kính $d = 20cm = 0,2m$

⇒ Diện tích mỗi vòng dây:

$S = \pi {r^2} = \pi {\left( {\dfrac{d}{2}} \right)^2} = \pi {\left( {\dfrac{{0,2}}{2}} \right)^2} = 0,01\pi \left( {{m^2}} \right)$

⇒ Độ tự cảm của ống dây:

$L = 4\pi {.10^{ – 7}}\dfrac{{{N^2}}}{l}S = 4\pi {.10^{ – 7}}.\dfrac{{{{1000}^2}}}{{0,5}}.0,01\pi = 0,079H$

4. Giải bài 7 trang 157 Vật Lý 11

Suất điện động tự cảm 0,75V xuất hiện trong một cuộn cảm có L = 25mH; tại đó cường độ dòng điện giảm từ giá trị i_axuống 0 trong 0,01s. Tính i_a.

Bài giải:

Ta có:

$\left| {{e_{tc}}} \right| = L\left| {{{\Delta i} \over {\Delta t}}} \right| \Leftrightarrow 0,75 = {25.10^{ – 3}}.{{{i_a}} \over {0,01}} \Rightarrow {i_a} = 0,3A$

5. Giải bài 8 trang 157 Vật Lý 11

Trong mạch điện hình 25.5, cuộn cảm L có điện trở bằng không. Dòng điện qua L bằng 1,2A; độ tự cảm L = 0,2 H. Chuyển K sang vị trí b, tính nhiệt lượng tỏa ra trong R.

Bài giải:

Khi dòng điện chạy qua cuộn cảm thì trong cuộn cảm tích lũy năng lượng dưới dạng từ trường:

${\rm{W}} = {1 \over 2}L{i^2} = {1 \over 2}{.0,2.1,2^2} = 0,144J$

Khi chuyển khóa K từ vị trí a sang vị trí b thì năng lượng từ trường trong ống dây chuyển sang cho điện trở R dưới dạng nhiệt năng, làm điện trở nóng lên.

⇒ Nhiệt lượng toả ra trong R: $Q = W = 0,144J$.

Bài trước:

Giải bài 1 2 3 4 5 6 trang 152 sgk Vật Lí 11

Bài tiếp theo:

Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 166 167 sgk Vật Lí 11

Xem thêm:

Trên đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 trang 157 sgk Vật Lí 11 đầy đủ, ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Chúc các bạn làm bài môn Vật lý 11 tốt nhất!

“Bài tập nào khó đã có giaibaisgk.com“