Thư Viện Công Thức Vật Lý

I. Hiện tượng tự cảm

1/Định nghĩa

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.

2/Một số ví dụ về hiện tượng tự cảm

- Đối với mạch điện một chiều: hiện tượng tự cảm xảy ra khi đóng và ngắt mạch điện.

- Đối với mạch điện 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.

II. Độ tự cảm của ống dây

1/Ống dây

a/Cấu tạo : Dây điện có chiều dài $l\left(m\right)$, tiết diện $S \left(m^2\right)$ được quấn thành $N$ vòng có độ tự cảm L đáng kể. ( $l$ khá với với dường kính $d$)

b/Ví dụ:

cuộn cảm thực tế.

c/Kí hiệu : trong mạch điện cuộn cảm kí hiệu :

Không có lõi sắt :   Có lõi sắt :

2/Độ tự cảm

a/Bài toán

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 qua gây ra từ trường đều trong lòng ống dây đó. Cảm ứng từ trong lòng ống dây $B=4\pi .{10}^{-7}.\frac{N}{l}I$

$\Phi =Li=N,4\pi .{10}^{-7}.\frac{N}{l}i.S$

Dễ dàng tính được từ thông riêng của ống dây đó và suy ra độ tự cảm $L$.chỉ phụ thuộc vào cấu tạo cuộn dây.

b/Định nghĩa độ tự cảm : Độ tự cảm của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho khả năng tự cảm của ống dây phụ thuộc vào bản chất vật liệu và cấu tạo ống dây.

c/Công thức: $L={\mu }_0{n}^{2}V=4\pi {10}^{-7}.\frac{N^2}{l}S$

$n=\frac{N}{l}$ số vòng trên mỗi mét chiều dài.

Chú thích:

$L$: độ tự cảm $\left(H\right)$

$N$: số vòng dây $\left(vòng\right)$

$l$: chiều dài ống dây $\left(m\right)$

$I$: cường độ dòng điện qua lòng ống dây $\left(A\right)$

d/Ống dây có lõi sắt

$L=\mu {\mu }_0{n}^{2}V$

Với $\mu$ là hệ số từ thẩm đặc trưng cho từ tính của lõi sắt.

Khi có hiện tượng tự cảm xảy ra trong mạch điện thì suất điện động cảm ứng xuất hiện được gọi là suất điện động tự cảm.

$\mathit{e}\mathbf{=}|-\frac{∆\varphi }{∆t}|\mathbf{=}|-\frac{L.∆i}{∆t}|\mathbf{=}\mathit{L}\mathbf{.}|-\frac{∆i}{∆t}|$

Chú thích

$e_{tc}$: suất điện động tự cảm $\left(V\right)$

$L$: độ tự cảm $\left(H\right)$

$∆I$: độ biến thiên cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$∆t$: độ biến thiên thời gian $\left(s\right)$

$\left|\frac{∆i}{∆t}\right|$: tốc độc biên thiên cường độ dòng điện (A/s)

Dấu "-" biểu diễn định luật Lenz.

Ứng dụng

Hiện tượng tự cảm có nhiều ứng dụng trong 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.

Mở rộng

Năng lượng từ trường của ống dây dẫn có độ tự cảm L và có dòng điện i chạy qua:

$W=\frac{1}{2}L.i^2=\frac{1}{8\pi }.{10}^7.B^2.V \left(J\right)$

Mật độ năng lượng từ trường

$W=\frac{W}{V}=\frac{1}{8\pi }.{10}^7.B^2 (J/m^3)$

Khái niệm: Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm là năng lượng đã được tích lũy trong ống dây tự cảm khi có dòng điện chạy qua.

Chú thích:

$W$: năng lượng từ trường $\left(J\right)$

$L$: độ tự cảm $\left(H\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Một số loại cuộn cảm thường gặp.

Cận thị: Là mắt khi không điều tiết có tiêu điểm nằm trước võng mạc.

Cách sửa tật: Để mắt nhìn xa được như mắt thường, phải đeo kính cận (kinh có mặt lõm, kính phân kỳ) để làm giảm độ hội tụ cho ảnh lùi về đúng võng mạc.

Chú thích:

$D_V$: độ tụ của thấu kính $\left(dp\right)$

$f$: tiêu cự của kính $\left(m\right)$

$d, d\text{'}$: khoảng cách từ vật đến thấu kính, khoảng cách từ ảnh đến thấu kính $\left(m\right)$

$O{C}_V$: khoảng cực viễn của mắt, với $C_V$ là điểm cực viễn - nơi xa nhất mà mắt có thể nhìn thấy.

$l$: khoảng cách từ kính đến mắt $\left(m\right)$

Lưu ý: $C_V=\infty$ nếu mắt trong trạng thái không có tật.

Viễn thị: Là mắt khi không điều tiết có tiêu điểm nằm sau võng mạc.

Cách sửa tật: Để mắt nhìn được như bình thường, phải đeo kính viễn (kính có mặt lồi, kính hội tụ) phù hợp để có thể giúp điều chỉnh điểm hội tụ về đúng võng mạc.

Chú thích:

$D_C$: độ tụ của thấu kính $\left(dp\right)$

$f$: tiêu cự của kính $\left(m\right)$

$d, d\text{'}$: khoảng cách từ vật đến thấu kính, khoảng cách từ ảnh đến thấu kính $\left(m\right)$

$O{C}_C$: khoảng cực cận của mắt, với $C_C$ là điểm cực cận - điểm gần nhất mà mắt có thể nhìn rõ. Điểm cực cận càng lùi xa mắt khi càng lớn tuổi.

$l$: khoảng cách từ kính đến mắt $\left(m\right)$

Khái niệm: Góc trông vật là góc tạo bởi hai tia sáng xuất phát từ hai điểm A và B tới mắt. Phụ thuộc vào kích thước vật và khoảng cách từ vật đến mắt.

Chú thích: 

$\alpha$: góc trông vật

$AB$: kích thước vật $\left(m\right)$

$l$: khoảng cách từ vật tới quang tâm $O$ của mắt $\left(m\right)$

Chú thích: 

$R$: điện trở $\left(\Omega \right)$

$\rho$: điện trở suất $(\Omega .m)$

$l$: chiều dài dây dẫn $\left(m\right)$

$S$: tiết diện dây dẫn $\left(m^2\right)$

Khái niệm: Là hiện tượng giảm điện trở suất (giảm điện trở do điện trở tỉ lệ thuận với điện trở suất). Tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

Giải thích: Khi bán dẫn được chiếu sáng bằng chùm sáng có bước sóng thích hợp thì trong bán dẫn có thêm electron dẫn và lỗ trống được tạo thành. Do đó, mật độ hạt tải điện tăng, tức là điện trở suất của nó giảm. Cường độ ánh sáng chiếu vào bán dẫn càng mạnh thì điện trở suất của nó càng nhỏ.

Ứng dụng: Khi một linh kiện vật liệu quang dẫn được kết nối như một phần của mạch, hoạt động như một "điện trở quang", phụ thuộc vào cường độ ánh sáng hoặc chất quang dẫn.

Phát biểu: Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số $c^2$.

Năng lượng liên kết là năng lượng tỏa ra khi kết hợp các nucleon thành hạt nhân, còn gọi là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân.

Chú thích: 

$W_{lk}$: năng lượng liên kết của hạt nhân $\left(MeV\right)$

$∆m$: độ hụt khối của hạt nhân $\left(u\right)$, $1u{c}^2=931,5 MeV$

$c^2:$hệ số tỉ lệ, với $c$ là tốc độ ánh sáng trong chân không.

Phát biểu: Năng lượng liên kết riêng là thương số giữa năng lượng liên kết $W_{lk}$và số nucleon $A$ (số khối). Đại lượng này đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân.

Chú thích:

$W_{lkr}$: năng lượng liên kết riêng ($MeV/nuclôn$)

$W_{lk}$: năng lượng liên kết của hạt nhân $\left(MeV\right)$

$A$: số khối

Lưu ý:

- Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

- Các hạt nhân có $50<A<70$ gọi là các hạt nhân trung bình $\Rightarrow$rất bền vững.

- Năng lượng cần để tách một hạt khỏi hạt nhân,

Mạch dao động gồm 2 bộ phận chính là cuộn cảm và tụ điện.Khi ta lắp mạch gồm 2 bộ phận trên thì ta được một mạch dao động .Có hai cách kích thích đó là tích điện cho tụ hoặc thay đổi từ trường của cuộn cảm.

Khi bỏ qua điện trở của dây dẫn ta thu được mạch dao động lí tưởng lúc này u,q,i trong mạch biến thiên điều hòa theo t và cùng tần số góc khi cộng hưởng điện

Chú thích:

${\omega }_{điện từ}$: tần số góc của dao động điện từ $(rad/s)$

$L$: độ tự cảm của cuộn cảm $\left(H\right)$

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$