Lý thuyết Tự cảm (mới 2023 + Bài Tập) - Vật lí 11

Lý thuyết Vật lí 11 Bài 25: Tự cảm

Bài giảng Vật lí 11 Bài 25: Tự cảm

1. Từ thông riêng của một mạch kín

- Từ thông riêng của một mạch kín là từ thông gây ra bởi từ trường do chính dòng điện trong mạch sinh ra.

Φ = Li

Trong đó:

+ Φ là từ thông (Wb).

+ i là cường độ dòng điện (A).

+ L là độ tự cảm của mạch kín (C), phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của (C) có đơn vị là Henry (H).

- Cảm ứng từ B trong lòng ống dây: $B=4\pi {.10}^{-7}\frac{N}{l}i$

Trong đó:

+ N là số vòng dây

+ l là chiều dài dây (m)

-  Độ tự cảm của ống dây: $L=4\pi {.10}^{-7}\frac{N^2}{l}S$

Với S là tiết diện (m²)

- Ký hiệu cuộn cảm trong sơ đồ mạch điện:

- Độ tự cảm của ống dây có lõi sắt: $L=4\pi {.10}^{-7}\mu \frac{N^2}{l}S$

Trong đó: $\mu$ là độ từ thẩm, giá trị cỡ 10⁴

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.

- Trong mạch điện 1 chiều, hiện tượng tự cảm xảy ra khi đóng, ngắt mạch.

- Trong mạch điện xoay chiều, luôn xảy ra hiện tượng tự cảm.

3. Suất điện động tự cảm

- Biểu thức suất điện động tự cảm: $e_{tc}=-L\frac{\Delta i}{\Delta t}$

- Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

- Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm: $W=\frac{1}{2}L{i}^2$

4. Ứng dụng

- Cuộn cảm là một phần tử quan trọng trong các mạch điện xoay chiều có mạch dao động và các máy biến áp.

Trắc nghiệm Vật lí 11 Bài 25: Tự cảm

Câu 1: Chọn câu sai? Suất điện động tự cảm trong một mạch điện có giá trị lớn khi:

A. cường độ dòng điện trong mạch giảm nhanh.

B. cường độ dòng điện trong mạch biến thiên nhanh.

C. cường độ dòng điện trong mạch tăng nhanh.

D. cường độ dòng điện trong mạch có giá trị lớn.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Suất điện động tự cảm qua một mạch kín: $e_{tc}=-L\frac{\Delta i}{\Delta t}$

 $\Rightarrow$Suất điện động tự cảm phụ thuộc vào tốc độ biến thiên cường độ dòng điện tức là cường độ dòng điện biến thiên càng nhanh (tăng nhanh hoặc giảm nhanh) thì suất điện động tự cảm càng lớn.

Câu 2: Đơn vị tự cảm là Henry, với 1H bằng

A. 1 J/A².       

B. 1 JA².        

C. 1 V/A.         

D. 1 VA.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Cách 1:

Suất điện động tự cảm của mạch kín : $e_{tc}=-L\frac{\Delta i}{\Delta t}\Rightarrow L=-\frac{e_{tc}.\Delta t}{\Delta i}$

⇒ $\left[H\right]=\frac{\left[V\right].\left[s\right]}{\left[A\right]}=\frac{\left[V.A\right].\left[s\right]}{\left[A^2\right]}=\frac{\left[W\right]\left[s\right]}{\left[A^2\right]}=\frac{\left[J\right]}{\left[A^2\right]}$

Cách 2:

Năng lượng từ trường trong mạch kín: $\text{W}=\frac{1}{2}L{i}^2\Rightarrow L=\frac{2W}{i^2}$

 $\Rightarrow \left[H\right]=\frac{\left[J\right]}{\left[A^2\right]}$

Câu 3: Chọn câu sai ?

A. Công thức tính suất điện động tự cảm là $e=-L\frac{\Phi }{t}$.

B. Khi từ thông qua mạch kín biến thiên thì trong mạch phát sinh dòng điện cảm ứng.

C. Mật độ năng lượng từ trường được tính theo công thức $w=\frac{{10}^7{B}^2}{8\pi }$

D. Chiều của dòng điện cảm ứng thay đổi theo từ thông qua mạch kín tăng hay giảm.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

A – sai, công thức tính suất điện động tự cảm qua một mạch kín: $e_{tc}=-L\frac{\Delta i}{\Delta t}$

B – đúng

C – đúng, chứng minh như sau

+ Cảm ứng từ qua ống dây : $B=4\pi {.10}^{-7}nI$

+ Độ tự cảm của ống dây : $L=4\pi {.10}^{-7}{n}^{2}V$

+ Năng lượng từ trường của ống dây: $W=\frac{1}{2}L{i}^2$

+ Từ đó chứng minh được: $W=\frac{1}{8\pi }{.10}^7{B}^{2}V$

Nên mật độ năng lượng từ trường là: $w=\frac{{10}^7{B}^2}{8\pi }$

C – đúng, chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo định luật Lenxơ.

Câu 4. Kết luận nào sau đây là đúng?

A. Hiện tượng tự cảm không phải là hiện tượng cảm ứng điện từ.

B. Hiện tượng tự cảm không xảy ra ở các mạch điện xoay chiều.

C. 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.

D. 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 từ trường bên ngoài mạch điện.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

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 chính sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

Câu 5. Khi đưa vào trong lòng ống dây một vật liệu có độ từ thẩm μ, lấp đầy ống dây thì độ tự cảm của nó

A. tăng μ lần.

B. giảm μ lần.

C. không thay đổi.

D. có thể tăng hoặc giảm tuỳ vào bản chất của vật liệu từ.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

+ Một ống dây điện chiều dài ℓ, tiết diện S, gồm N vòng dây, có cường độ I chạy qua, độ tự cảm của ống dây: $L=4\pi {.10}^{-7}.\frac{N^2}{\mathcal{l}}S$

+ Độ tự cảm của ống dây có lõi sắt: $L=\mu .4\pi {.10}^{-7}.\frac{N^2}{\mathcal{l}}S$

Với μ là độ từ thẩm, đặc trưng cho từ tính của lõi sắt (cỡ 10⁴).

Câu 6. Trong thí nghiệm về hiện tượng tự cảm và ngắt mạch, người ta đưa lõi sắt vào trong lòng ống dây để

A. tăng điện trở của ống dây.

B. tăng cường độ dòng điện qua ống dây.

C. làm cho bóng đèn mắc trong mạch không bị cháy.

D. tăng độ tự cảm của ống dây.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Khi ta đưa lõi sắt vào trong lòng ống dây thì độ tự cảm của ống dây tăng lên.

Câu 7. Hệ số tự cảm (độ tự cảm) của ống dây có ý nghĩa vật lí gì?

A. cho biết số vòng dây của ống dây là lớn hay nhỏ.

B. cho biết thể tích của ống dây là lớn hơn hay nhỏ.

C. cho biết từ trường sinh ra là lớn hay nhỏ khi có dòng điện đi qua.

D. cho biết từ thông qua ống dây là lớn hay nhỏ khi có dòng điện đi qua.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Hệ số tự cảm (độ tự cảm) của ống dây có ý nghĩa vật lí: cho biết từ thông qua ống dây là lớn hay nhỏ khi có dòng điện đi qua.

Câu 8. Gọi N là số vòng dây, ℓ là chiều dài, S là tiết diện của ống dây. Công thức tính độ tự cảm của ống dây đặt trong không khí là:

A. L = 4π.10^-7nS.

B. L = 4π.10^-7.N².S.

C. $L=4\pi {.10}^{-7}.\frac{N^2}{\mathcal{l}}S$.

D. $L=4\pi {.10}^{-7}.\frac{N^2}{{\mathcal{l}}^2}S$

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Gọi N là số vòng dây, ℓ là chiều dài, S là tiết diện của ống dây. Công thức tính độ tự cảm của ống dây đặt trong không khí là: $L=4\pi {.10}^{-7}.\frac{N^2}{\mathcal{l}}S$

Câu 9: Đáp án nào sau đây là sai? Hệ số tự cảm của ống dây:

A. phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của ống dây.

B. có đơn vị là Henri (H).

C. được tính bởi công thức $L=4\pi {.10}^{-7}.\frac{N^2}{\mathcal{l}}{S}^2$

D. càng lớn nếu số vòng dây trong ống dây là nhiều.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

A – đúng.

B – đúng.

C – sai, vì hệ số tự cảm của ống dây được tính bởi công thức $L=4\pi {.10}^{-7}.\frac{N^2}{\mathcal{l}}S$

D – đúng.

Câu 10. Đơn vị của suất điện động tự cảm là

A. Vôn (V).

B. Henry (H).

C. Ampe/giây (A/s).

D. Vôn/mét (V/m).

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Đơn vị của suất điện động tự cảm là Vôn (V).

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 11 đầy đủ, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 26: Khúc xạ ánh sáng

Lý thuyết Bài 27: Phản xạ toàn phần

Lý thuyết Bài 28: Lăng kính

Lý thuyết Bài 30: Giải bài toán về hệ thấu kính

Lý thuyết Bài 31: Mắt