Bài 11. Cảm ứng điện từ. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều trang 57, 57, 59 Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều: Đèn pin lắc hoạt động dựa trên nguyên tắc nào?...

Câu hỏi:

Đèn pin lắc (hình 11.1) không cần dùng pin mà chỉ cần lắc để phát ánh sáng. Đèn có cấu tạo gồm một nam châm hình trụ, có thể trượt qua lại trong lòng cuộn dây dẫn. Cuộn dây dẫn được nối với bộ phận lưu trữ năng lượng để cung cấp dòng điện cho đèn LED.

Đèn pin lắc hoạt động dựa trên nguyên tắc nào?

Hình 11.1. Đèn pin lắc

Hướng dẫn giải :

Sử dụng khái niệm về hiện tượng cảm ứng điện từ (khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín biến thiên thì trong cuộn dây dẫn kín xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.), từ đó vận dụng để giải thích hiện tượng trên.

Lời giải chi tiết :

Đèn pin lắc có cấu tạo gồm một nam châm hình trụ, có thể trượt qua lại trong lòng cuộn dây dẫn. Khi lắc nam châm, nam châm trượt trong lòng ống dây thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín biến thiên (tăng, giảm). Khi đó trong cuộn dây dẫn kín xuất hiện dòng điện cảm ứng, sau đó cuộn dây dẫn được nối với bộ phận lưu trữ năng lượng để cung cấp dòng điện cho đèn LED, từ đó đèn LED sáng.

Câu hỏi:

Từ kết quả thí nghiệm, rút ra nhận xét về việc dùng nam châm vĩnh cửu tạo ra dòng điện.

Hướng dẫn giải :

Từ kết quả thí nghiệm, nhận thấy việc dùng nam châm vĩnh cửu tạo ra dòng điện.

Lời giải chi tiết :

Thí nghiệm này chứng tỏ có thể dùng nam châm vĩnh cửu để tạo ra dòng điện trong cuộn dây dẫn kín. Dòng điện xuất hiện trong trường hợp này được gọi là dòng điện cảm ứng. Qua nhiều thí nghiệm tương tự, người ta thấy: Trong hầu hết các trường hợp, khi đưa một cực của nam châm vĩnh cửu lại gần hoặc ra xa cuộn dây dẫn kín thì trong cuộn dây dẫn kín xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Câu hỏi:

Khi dùng nam châm vĩnh cửu tạo ra dòng điện trong cuộn dây dẫn kín, làm thế nào để nhận biết trong cuộn dây dẫn kín có xuất hiện dòng điện cảm ứng?

Hướng dẫn giải :

Quan sát thì nghiệm với nam châm vĩnh cữu, học sinh quan sát đèn LED trong cuộn dây dẫn kín, từ đó đưa ra được cách nhận biết trong cuộn dây dẫn kín có xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Lời giải chi tiết :

Khi đưa nam châm vĩnh cửu lại gần hoặc ra xa cuộn dây dẫn kín có 2 đèn LED, trong quá trình đó đèn LED sáng tối thì khi đó trong cuộn dây dẫn kín có xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Câu hỏi:

Ở sơ đồ mạch điện hình 11.3, nếu dòng điện chạy qua cuộn dây dẫn theo chiều từ A đến B và ngược lại từ B đến A, em hãy cho biết mỗi đèn LED sáng tối như thế nào?

Hình 11.3. Sơ đồ mạch điện của cuộn dây dẫn kin có hai đèn LED

Hướng dẫn giải :

Sử dụng kiến thức về đèn LED chỉ cho dòng điện đi qua theo 1 chiều. Từ đó, quan sát sơ đồ mạch điện và phân tích độ sáng tối của đèn LED qua các trường hợp được nêu.

Lời giải chi tiết :

- Đèn LED chỉ cho dòng điện đi qua theo 1 chiều.

- Nếu dòng điện chạy qua cuộn dây dẫn theo chiều từ A đến B đèn: LED 1 sáng, LED 2 tối.

- Nếu dòng điện chạy qua cuộn dây dẫn theo chiều từ B đến A đèn: LED 1 tối, LED 2 sáng.

Câu hỏi:

Từ bảng kết quả, rút ra nhận xét về chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín.

Hướng dẫn giải :

Từ kết quả thí nghiệm, nhận thấy chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín.

Lời giải chi tiết :

Ở thí nghiệm này, ta nhận thấy rằng trong quá trình nam châm quay, nếu đèn này sáng thì đèn kia tắt và ngược lại. Điều này chứng tỏ dòng điện cảm ứng đã đổi chiều.

Khi duy trì sự quay đều của nam châm trước cuộn dây dẫn kín thì tạo ra và duy trì được dòng điện cảm ứng. Dòng điện này có chiều thay đổi luân phiên.

Câu hỏi:

Tìm một phương án khác để làm thay đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn kín. Từ đó, thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào các thí nghiệm đã tìm hiểu, rút ra được khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn kín thay đổi, xuất hiện dòng điện cảm ứng. Vậy cần thay đổi số đường sức từ hoặc tiết diện cuộn dây để có thể tạo ra dòng điện cảm ứng, từ đó học sinh nêu được các phương án để làm thay đổi số đường sức từ trường xuyên qua qua tiết diện cuộn dây dẫn kín.

Lời giải chi tiết :

Phương án khác để làm thay đổi số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn kín: tăng thêm số lượng nam châm, thay đổi hình dạng tiết diện (kéo, co tiết diện lại) để số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn kín thay đổi, xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Câu hỏi:

Nếu nam châm chuyển động dọc theo trục của cuộn dây dẫn kín đứng yên theo một chiều thì các đèn LED phát sáng như thế nào?

Hướng dẫn giải :

Sử dụng khái niệm về hiện tượng cảm ứng điện từ (khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín biến thiên thì trong cuộn dây dẫn kín xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.), từ đó vận dụng để trả lời câu hỏi trên.

Lời giải chi tiết :

Khi nam châm chuyển động dọc theo trục của cuộn dây dẫn kín và cuộn dây đứng yên, theo định luật Faraday về cảm ứng điện từ, dòng điện sẽ được tạo ra trong dây dẫn. Dòng điện này có thể làm cho các đèn LED phát sáng nếu nối đây dây vào các đèn LED. Điều này là do sự biến đổi của dòng điện tạo ra từ cảm ứng điện từ trong cuộn dây.

Câu hỏi:

Mô tả sự thay đổi của số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín trong một vòng quay của nam châm ở hình 11.7.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng khái niệm về hiện tượng cảm ứng điện từ (khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín biến thiên thì trong cuộn dây dẫn kín xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.) và khái niệm về đường sức từ, từ đó vận dụng để trả lời câu hỏi trên.

Lời giải chi tiết :

Khi cực N của nam châm lại gần cuộn dây thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây tăng. Khi cực N ra xa cuộn dây thì số đường sức từ qua S giảm. Do vậy khi nam châm quay liên tục thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện S luân phiên tăng, giảm. Khi đó dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây là dòng điện xoay chiều (tức là đổi chiều 2 lần sau mỗi vòng quay của nam châm).

Câu hỏi:

Quan sát sự sáng tối của các đèn LED. Giải thích các đưa dòng điện xoay chiều ra mạch ngoài mà dây không bị xoắn.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào kiến thức của Nguyên tắc chung tạo ra dòng điện xoay chiều trang 61 SGK và vận dụng hiểu biết của bản thân để trả lời câu hỏi của được nêu.

Lời giải chi tiết :

Khi cho cuộn dây dẫn quay đều trong từ trường của nam châm, dòng điện cảm ứng xuất hiện có chiều thay đổi luân phiên. Hai vành kim loại quay theo cuộn dây dẫn luôn tiếp xúc với hai lá đồng được gắn cố định, đảm bảo rằng mạch điện luôn kín và dây không bị xoắn. Dòng điện trong cuộn dây dẫn được đưa ra mạch ngoài làm hai đèn LED nhấp nháy liên tục.

Câu hỏi:

Dynamo ở xe đạp là bộ phận tạo ra dòng điện để làm đèn phát sáng. Cấu tạo của dynamo được mô tả như hình 11.10. Khi cho núm xoay của dynamo tiếp xúc với bánh xe, bánh xe quay khiến cho núm xoay quay theo. Hiện nay, dynamo được nối với bộ phận lưu trữ năng lượng để đèn có thể sáng ngay cả khi núm xoay không quay. Giải thích cách tạo ra dòng điện của thiết bị này.

Hình 11.10. Dynamo ở xe đạp

Hướng dẫn giải :

Dựa vào nguyên nhân tạo ra dòng điện cảm ứng khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn kín thay đổi, xuất hiện dòng điện cảm ứng. Vậy cần thay đổi số đường sức từ hoặc tiết diện cuộn dây để có thể tạo ra dòng điện cảm ứng, từ đó học sinh nêu được

Lời giải chi tiết :

Quay núm của đinamô, nam châm quay theo. Khi một cực của nam châm lại gần cuộn dây, số đường sức từ qua tiết diện S của cuộn dây tăng, lúc đó xuất hiện dòng điện cảm ứng. Khi cực đó của nam châm ra xa cuộn dây thì số đường sức từ qua tiết diện s của cuộn dây giảm, lúc đó cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Câu hỏi:

1. Tìm hiểu và nêu một số cách để tạo ra sự quay đều giữa nam châm và cuộn dây dẫn kín ở các máy phát điện xoay chiếu trong thực tiễn.

2. Kể tên một số nhà máy phát điện ở Việt Nam. Tìm hiểu cách tạo ra dòng điện xoay chiều ở những nhà máy phát điện đó.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng kiến thức tìm qua sách, báo, Internet và và vận dụng hiểu biết của bản thân để trả lời câu hỏi của được nêu.

Lời giải chi tiết :

1.

Nêu một số cách để tạo ra sự quay đều giữa nam châm và cuộn dây dẫn kín ở các máy phát điện xoay chiếu trong thực tiễn.

- Gắn cánh quạt trên rotor tạo lực đẩy gió, giúp máy phát điện quay đều.

- Sử dụng AVR để duy trì điện áp đầu ra ổn định, giữ tốc độ quay ổn định.

- Sử dụng bộ điều khiển để duy trì và điều chỉnh tốc độ quay của máy phát điện.

2.

Một số nhà máy phát điện ở Việt Nam bao gồm:

1. Nhà máy phát điện Hạ Long: Sử dụng hệ thống phát điện nhiệt, đốt than để nung nước thành hơi, sau đó đẩy cánh quạt turbine xoay để tạo dòng điện.

2. Nhà máy phát điện sông Đà: Sử dụng phương pháp thủy điện, nước từ sông Đà đẩy cánh quạt turbine, tạo năng lượng động học, sau đó biến đổi thành dòng điện.

3. Nhà máy phát điện Vĩnh Tân: Sử dụng phát điện nhiệt điện, đốt khí để làm nóng nước thành hơi, tạo áp suất để đẩy turbine quay và tạo dòng điện.

Cách tạo ra dòng điện xoay chiều chủ yếu thông qua sự chuyển động của turbine hoặc cánh quạt do nước hơi hoặc nước chảy, thúc đẩy cảm ứng điện động trong cuộn dây để tạo ra điện xoay chiều.