Học tốt Vật lí 11 bài 25: Tự cảm

A/ Kiến thức cơ bản
1. Từ thông riêng của một mạch kín: Ф = Li
Trong đó: L là độ tự cảm, đơn vị là henry (H).
2. Hiện tượng tự cảm:
Là hiệu 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.
3. Suất điện động tự cảm:
Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch
c_tc = - L 
4. Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm:
W = Li²

B/ TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2, C3 SGK VẬT LÝ 11 BÀI 25
C1. Hãy thiết lập công thức L = 4π.10^-7 S
Giải:
Ta có: Ф = Li
=> L = = (vì ống dây có N vòng)
Mà B = 4π.10^-7 i
Nên L =  = 4π.10^-7 S

C2. 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.

Giải:
Trong mạch điện vẽ trên hình 25.1 khi khóa k đóng ở vị trí a thì có dòng điện i_L chạy qua ống dây. Nếu khóa k chuyển qua vị trí b thì dòng điện i_L giảm đột ngột xuống 0. Trong ống dây xảy ra hiện tượng tự cảm, có tác dụng chống lại sự giảm của i_L, trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng cùng chiều với i_L ban đầu, dòng điện cảm ứng này chạy qua R làm cho điện trở R nóng lên.

C3. Chứng tỏ rằng hai vế của phương trình sau có cùng đơn vị là Jun (J)
Giải:
Đơn vị của năng lượng từ trường (W) là Jun (J)
1Jun = 1N.m
Ta có:
W =  Li² (1)
Đơn vị của Li²  là H.A²
1H.A²= .A² = Wb.A = T.m²A = .m².A = N.m = J.
Vậy hai vế của biểu thức (1) có cùng đơn vị là Jun (J)

C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 11 BÀI 25 TRANG 157
1. Trong những trường hợp nào có hiện tượng tự cảm?
Trả lời:
Hiện tượng tự cảm 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.

2. Phát biểu định nghĩa từ thông riêng, độ tự cảm của một mạch kín.
Trả lời:
Định nghĩa từ thông riêng
- Xét 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), Φ gọi là từ thông riêng của mạch. Φ = Li.
Định nghĩa độ tự cảm
Vì hiện tượng tự cảm thể hiện càng rõ nếu độ từ cảm của mạch càng lớn nên ta có thể định nghĩa độ tự cảm như sau:
Độ tự cảm của mạch là số đo mức quán tính của dòng điện trong mạch.

3.  Độ lớn của suất điện động tự cảm phụ thuộc vào những đại lượng nào?
Trả lời:
Độ lớn của suất điện động tự cảm phụ thuộc vào độ tự cảm L của mạch và tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

4. 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.
D. 4L.
Trả lời:
Đáp án: B
Ống dây thứ nhất có độ tự cảm L = 4π.10^-7. S
Ống dây thứ hai có độ tự cảm: L’ = 4π.10^-7. .
=> L’ = 4π.10^-7.  S.2 = 2L

5. 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.
Trả lời:
Đáp án: C
Vì suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện e_tc = - L  nên câu A, B, D đúng.

6. Tính độ tự cảm của một ống dây hình trụ có chiều dài 0,5m gồm 1000 vòng dây, mỗi vòng dây có đường kính 20 cm.
Giải:
Độ tự cảm của ống dây:
L = 4π.10^-7. S = 4π.10^-7. πr² = 4π.10^-7. .0,1² = 0,79 (H)

7. 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_a xuống 0 trong 0,01s. Tính i_a?
Giải:
Suất điện động tự cảm
e_tc= - L  = - L  =
=> i_a=  =  = 0.3 (A)

8. 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 = 0,2H. Chuyển K sang vị trí b, tính nhiệt lượng tỏa ra trong R.

Giải:

Trong mạch điện hình 25.2. Khi khóa K ở a, năng lượng từ trường trong ống dây
W = Li²
Khi khóa K ở b, có dòng điện tự cảm chuyển qua R, năng lượng trong ống dây chuyển thành năng lượng tỏa ra trên R.
Q = W =  Li² = .0,2.1,44 = 0,144 (J)