Đáp án Vật lí 12 kết nối Bài 18: Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ

BÀI 18. ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

KHỞI ĐỘNG

Sạc điện không dây ngày càng được sử dụng rộng rãi để sạc điện thoại, đồng hồ thông minh, máy hút bụi,…Sạc điện thoại hoạt động dựa trên hiện tượng nào để truyền điện từ nguồn điện đến điện thoại?

Hướng dẫn chi tiết:

Sạc điện không dây ngày càng được sử dụng rộng rãi để sạc điện thoại, đồng hồ thông minh, máy hút bụi,… Sạc điện thoại hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ để truyền điện từ nguồn điện đến điện thoại.

I. MÁY BIẾN ÁP

Hoạt động 1: Dựa vào biểu thức suất điện động cảm ứng của định luật Faraday: 

Hãy chứng tỏ mối liên hệ sau:

Trong đó, U₁ và U₂ lần lượt là điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thức cấp; với N₁ và N₂ lần lượt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

Hướng dẫn chi tiết:

Ta có biểu thức:

Thấy suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với số vòng dây nên ta có:  

mà tỉ số không thay đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng: . Điện trở thuần của cuộn sơ cấp rất nhỏ nên , khi mạch thứ cấp hở nên .

Từ những điều trên ta có được: .(điều phải chứng minh)

Hoạt động 2: Giải thích nguyên nhân xuất hiện điện áp u₂ ở hai đầu cuộn thứ cấp.

Hướng dẫn chi tiết:

Giải thích nguyên nhân: 

- Từ trường biến thiên: 

+ Khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp, nó tạo ra từ trường biến thiên trong lõi sắt của máy biến áp. 

+ Từ trường biến thiên này luôn xuyên qua cả cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. 

+ Theo định luật Faraday, sự biến thiên từ thông qua cuộn dây sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng trong cuộn dây. 

+ Do đó, từ trường biến thiên do dòng điện ở cuộn sơ cấp tạo ra sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng, hay điện áp u2, ở hai đầu cuộn thứ cấp.

- Tác dụng cảm ứng điện từ: 

+ Khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp, nó sẽ tạo ra từ trường biến thiên. 

+ Từ trường biến thiên này cũng sẽ tác dụng lên các vòng dây của cuộn thứ cấp, tạo ra dòng điện cảm ứng. 

+ Dòng điện cảm ứng này sẽ tạo ra điện áp u2 ở hai đầu cuộn thứ cấp.

- Ngoài ra còn phụ thuộc vào số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, tần số của dòng điện xoay chiều, chất liệu lõi sắt.

II. ĐÀN GHI TA ĐIỆN

Câu hỏi 1: Trong Hình 18.4, khi gảy dây đàn (3) thì nó dao động. Khi đó, từ trường của đoạn dây đàn (3) gây ra sự biến thiên từ thông qua cuộn dây cảm ứng (2) như thế nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Trong Hình 18.4, khi gảy dây đàn (3) thì nó dao động. Khi đó, từ trường của đoạn dây đàn (3) gây ra sự biến thiên từ thông qua cuộn dây cảm ứng (2) như sau:

+ Khi dây đàn dao động thì dòng điện chạy qua dây đàn (3) sẽ tạo ra từ trường xung quanh dây đàn.

+ Từ trường này có hướng và độ lớn thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào dao động của dây đàn. 

+ Từ trường biến thiên của dây dần (3) sẽ cắt ngang các vòng dây của cuộn dây cảm ứng (2). 

+ Theo định luật Faraday, sự biến thiên từ thông qua cuộn dây (2) sẽ sinh ra suất điện thông cảm ứng trong cuộn dây. 

+ Suất điện động cảm ứng có chiều và độ lớn phụ thuộc vào tốc độ biến thiên từ thông, số vòng dây của cuộn dây và hướng tương đối giữa từ trường và cuộn dây.

Hoạt động 1: Tại sao dây đàn ghi ta điện cần làm bằng thép?

Hướng dẫn chi tiết:

Dây đàn ghi ta điện cần làm bằng thép bởi vì:

- Từ tính: 

+ Thép có tính từ cao, giúp tạo ra tín hiệu mạnh hơn khi rung động trong từ trường của pickup. 

+ Dây làm bằng vật liệu khác như nickel hoặc nylon có từ tính thấp hơn, dẫn đến tín hiệu yếu hơn và âm thanh kém vang hơn.

- Độ bền: 

+ Thép có độ bền cao, chịu được lực căng và rung động mạnh khi chơi đàn. 

+ Dây làm bằng vật liệu khác có thể dễ bị đứt hoặc dão hơn, đặc biệt khi chơi với cường độ cao.

- Độ sáng âm thanh: 

+ Thép tạo ra âm thanh sáng và sắc nét hơn so với các vật liệu khác. 

+ Âm thanh sáng phù hợp với nhiều thể loại nhạc rock, blues và metal.

- Độ ngân: 

+ Thép có độ ngân dài hơn so với các vật liệu khác.

+  Độ ngân dài giúp tạo ra âm thanh du dương và mượt mà hơn.

- Giá thành: Dây thép có giá thành rẻ hơn so với dây làm bằng các vật liệu khác như nickel hoặc titanium.

Hoạt động 2: Vì sao đàn ghi ta điện có cấu tạo đặc và không có hộp cộng hưởng mà ta vẫn nghe được âm thanh phát ra từ dây đàn?

Hướng dẫn chi tiết:

Bởi vì: 

- Nguyên lý hoạt động: 

+ Đàn guitar điện hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ. 

+ Khi gảy dây đàn, dao động của dây sẽ tạo ra từ trường biến thiên. Từ trường này sẽ cắt ngang các vòng dây của pickup, tạo ra suất điện động cảm ứng. Suất điện động này được khuếch đại bởi amplifier và biến thành âm thanh mà ta nghe được.

- Cấu tạo đặc: 

+ Đàn guitar điện có cấu tạo đặc vì không cần hộp cộng hưởng để khuếch đại âm thanh.

+ Âm thanh được khuếch đại bởi amplifier nên không cần hộp cộng hưởng.

- Việc không có hộp cộng hưởng giúp đàn ghi ta điện có kích thước nhỏ gọn, giúp người chơi dễ dàng kiểm soát âm thanh phù hợp hơn.

Hoạt động 3: Vận dụng biểu thức về suất điện động cảm ứng:

Hãy giải thích vì sao khi gảy dây đàn mạnh hoặc nhẹ thì độ to của âm thay đổi tương ứng.

Hướng dẫn chi tiết: