Tuyển tập các công thức tính từ thông

I. Ví dụ về từ thông

Để các bạn hình dung dễ dàng hơn tôi sẽ phân tích một ví dụ ngoài luồng cụ thể:

Chúng ta lấy một cái quạt mini khởi động nó lên thì lượng gió sẽ đi theo một hướng. Ta lấy một tấm giấy vuông góc lớn

Trường hợp để nằm ngang thì lượng gió thổi qua nhiều

Trường hợp nằm chéo trước quạt thì lượng gió thổi qua ít lại

Và trường hợp chắn vuông góc với hướng gió thổi thì lúc này lượng gióa thổi qua ít nhiều còn tùy thuộc vào tiết diện giấy hoặc độ mạnh của quạt. Đối với từ thông như trên cũng hoàn toàn như vậy

Hoặc ai có con cảm biến siêu âm đo mức nước bị hư. Bạn chỉ cần tháo lắp thiết bị đó ra sẽ thấy cục nam châm vĩnh cửu và cuộn dây tạo từ trường. Đối với dòng từ trường mặc dù nó có sự dịch chuyển mạnh mẽ nhưng chúng ta không bao giờ thấy. Bản chất dòng siêu âm cũng vậy. Hoạt động theo nguyên lý bắn sóng một cách vô hình

II. Từ thông gởi qua khung dây có ý nghĩa gì?

Từ thông (thông lượng từ trường) là đại lượng vật lý đo lượng từ trường qua một diện tích S giới hạn bởi vòng dây kín. Từ thông gởi qua khung dây dẫn bao gồm N vòng dây có diện tích S, quay trong từ trường đều B^→.

Giả sử tại thời điểm t = 0 thì ta có 

Ta có biểu thức từ thông của khung là:

Trong đó: Φ = LI

Hệ số tự cảm

Từ thông qua khung dây cực đại là : Φ = NBS

; ω là tần số góc bằng tốc độ quay của khung (rad/s)

Đơn vị là: 

• Φ : Vêbe(Wb)
• S: Là diện tích một vòng dây (m2)
• N: Số vòng dây của khungB
• B^→ Véc tơ cảm ứng từ của từ trường đều .B:Tesla(T)
• B^→vuông góc với trục quay ∆ )
• ω : Vận tốc góc không đổi của khung dây

Lưu ý rằng: Chọn gốc thời gian t=0 lúc 

Ngoài ra còn có chu kì và tần số của khung là:

Công thức tính từ thông cực đại

Từ thông cực đại được tạo ra bởi công thức Φmax = B.S

Từ thông cực đại được tạo ra khi góc α nằm trong 2 trường hợp n^→  và B^→  tạo góc 0 độ C và 180 ^oC Điều này có nghĩa là cảm ứng điện từ và từ trường tiết diện S nó chạy song song với nhau; và không tạo ra góc

Công thức tính từ thông cực tiểu

Từ thông cực tiểu có nghĩa là không sinh ra từ thông. Mà trường hợp từ thông không được sản sinh bởi lý do góc α = 90 độ xảy ra khi góc n^→  và B^→  tạo góc vuông

Các bạn lưu ý 2 phần này nhé. Đây là những câu trắc nghiệm thường ra nhất trong thi cử hiện nay bằng các câu hỏi trắc nghiệm

Từ 2 công thức trên ta thấy dù ở bất cứ trường hợp nào thì công thức tính không thay đổi. Điều này có khẳng đình gì ?

Có nghĩa là nguyên tắc hoạt động của từ thông hoàn toàn không phụ thuộc vào độ nhiễu tín hiệu từ các môi trường bên ngoài gây ra !

III. Nguyên lý tạo ra từ thông

Nếu phân tích ở một góc độ nào đó ta sẽ thấy rõ đường truyền của các tia cảm ứng điện từ luôn là một đường thẳng song song với nhau được ký hiệu là B

Đồng thời; các đường truyền này nó sẽ truyền vuông góc với tiết diện nam châm hay còn gọi là tiết diện S. Và tất nhiên; khi dòng cảm ứng điện từ và tiết diện nam châm cùng chỉ về một hướng song song với nhau thì lúc này không sản sinh ra từ thông

Chính vì vậy; từ thông được sinh ra khi và chỉ khi cảm biến điện từ tạo góc với tiết diện S hay còn gọi là từ trường của nam châm vĩnh cửu

VI. Phương pháp giải bài tập

Ta thường sử dụng công thức sau để giải bài tập liên quan đến từ thông như sau:

- Công thức tần số góc:

ω = 2πn₀

- Biểu thức tính từ thông:

Φ = Φ₀cos (ω t + φ)

Trong đó

Φ = NBS

- Biểu thức tính suất điện động:

e =E₀sin (ω t + φ)

Bài tập có lời giải

Bài 1: Ta cho khung dây dẫn có dạng hình chữ nhật với kích thước 4cm x 5cm, ta đặt khung dây vào từ trường đều với cảm ứng từ B=6.10^-4T. Góc giữa mặt phẳng cảm ứng từ với vecto B là 30°. Tính từ thông qua mạch?

Vecto cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung một góc 30⁰, do đó pháp tuyến mặt phẳng khung hợp với vecto cảm ứng từ một góc: 

α = 90⁰ - 30⁰ = 60⁰

S = 4cm x 5cm

B=6.10^-4T

Áp dụng công thức từ thông qua mạch dây là:

Φ = BScosα = 6.10^-4.0,04.0,05.cos60⁰ → Φ= 6.10^-7

Bài tập luyện tập

Câu 1. Một vòng dây phẳng giới hạn diện tích S = 5 cm² đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 0,1T. Mặt phẳng vòng dây làm thành với từ trường một góc α = 30°. Tính độ lớn của từ thông đi qua mặt phẳng S.

A. 10^-4Wb

B. 3.10^-5 Wb

C. 4,5.10^-5 Wb

D. 2,5.10^-5 Wb

Đáp án chính xác: D. 2,5.10^-5 Wb

Câu 2. Một khung dây hình tròn đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,06 T sao cho mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ. Khi đó ta có từ thông qua khung dây là 1,2.10^-5Wb. Tìm giá trị của Bán kính vòng dây, có làm tròn số.

A. 12 mm.

B. 6 mm.

C. 7 mm.

D. 8 mm.

Đáp án chính xác: D. 8 mm.

Câu 3. Một khung dây phẳng giới hạn diện tích S = 5 cm² gồm 20 vòng dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ từ B = 0,1T. Khi đặt khung dây vào từ trường đều sao cho mặt phẳng khung dây hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 60°. Khi đó, tính từ thông tạo bởi thiết diện của mặt phẳng khi đặt vào từ trường.

A. 8,66.10^-4 Wb

B. 5.10^-4 Wb

C. 4,5.10^-5 Wb

D. 2,5.10^-5 Wb

Đáp án chính xác: A. 8,66.10^-4 Wb

Bài tập trong các đề thi về từ thông

Câu 1. Một khung dây hình tròn có diên tích S=2cm² được đặt trong một từ trường có độ lớn từ trường là cảm ứng từ B=5.10^-2T, các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây. Tìm giá trị của từ thông qua mặt phẳng khung dây:

A. 10^-1Wb

B. 10^-2Wb

C. 10^-3Wb

D. 10^-5Wb

Đáp án chính xác: D. 10^-5Wb

Câu 2. Cho một khung dây có hình dạng là hình vuông, cạnh dài 4cm, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B=2.10^-5T, các đường sức từ hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây góc 600. Hãy tính giá trị của từ thông qua mặt phẳng khung dây. Chọn đáp án chính xác nhất trong các đáp án sau.

A. 1,6.10^-6Wb

B. 1,6.10^-8Wb

C. 3,2.10^-8Wb

D, 3,2.10^-6Wb

Đáp án chính xác: B. 1,6.10^-8Wb

Câu 3. Cho một khung dây hình vuông có cạnh dài 5cm, đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B=4.10^-5T, mặt phẳng khung dây tạo với đường sức từ một góc 30^o. Tìm giá trị từ thông qua mặt phẳng khung dây:

A. 5.10^-8Wb

B. 5.10^-6Wb

C. 8,5.10^-8Wb

D. 8,5.10^-6Wb

Đáp án chính xác: A. 5.10^-8Wb  

Câu 4: Một khung dây phẳng hình vuông đặt trong từ trường đều cảm ứng từ có giá trị: B = 5.10^-2 T, mặt phẳng khung dây hợp với đường cảm ứng từ góc 30^o . Độ lớn từ thông qua khung 4.10^-5 Wb. Tính độ dài cạnh của khung dây hình vuông được đặt vào từ trường đều đã cho ở phía trên. Chọn đáp án chính xác nhất.

A. 8cm

B. 4cm

C. 2cm

D. 6cm

Đáp án chính xác: B. 4cm

Câu 5: Một khung dây hình chữ nhật ABCD gồm 20 vòng cạnh 5 cm và 4 cm. Khung đặt trong từ trường đều B = 3.10^-3 T, đường sức vuông góc với mặt phẳng khung. Quay khung 60 độ quanh cạnh AB, độ biến thiên từ thông qua khung bằng bao nhiêu?

A. -60.10^-6 Wb.

B. -45.10^-6Wb.

C. 54.10^-6 Wb.

D. -56.10^-6 Wb.

Đáp án chính xác: A. -60.10^-6 Wb.

Câu 6: Một khung dây hình vuông có cạnh 5 cm đặt trong từ trường đều, B = 0,01 T. Đường sức từ vuông góc với mặt khung. Khi quay khung cho mặt phẳng khung song song với các đường sức từ. Độ biến thiên từ thông bằng bao nhiêu?

A. -20.10^-6Wb.

B. -15.10^-6 Wb.

C. -25.10^-6 Wb.

D. -30.10^-6 Wb.

Đáp án chính xác: C. -25.10^-6 Wb.

Câu 7: Khung dây diện tích 5 cm² gồm 50 vòng dây. Đặt khung dây trong từ trường đều có cảm ứng từ B và quay khung theo mọi hướng. Biết rằng từ thông qua khung có giá trị cực đại là 5.10^-3Wb. Cảm ứng từ B có giá trị nào trong các giá trị dưới đây?

A. 0,2 T.

B. 0,02 T.

C. 2,5 T.

D. Một giá trị khác.

Đáp án chính xác: A. 0,2 T.

Câu 8: Một hình vuông cạnh là 5 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 8.10^-4T. Biết rằng từ thông qua hình vuông đó bằng 10^-6 Wb. Góc hợp bởi véc - tơ cảm ứng từ với mặt phẳng của hình vuông sẽ là bao nhiêu độ? Chọn đáp án chính xác trong một số các đáp án dưới đây:

A. 30^o .

B. 45^o .

C. 60^o .

D. 0^o .

Đáp án chính xác: A. 30^o

Chỉ với một số công thức tính từ thông cơ bản nhưng người làm đề hoàn toàn có thể tạo ra nhiều biến thể khác nhau của các câu hỏi  trắc nghiệm. Bài tập trắc nghiệm về từ thông là phần dễ nhất trong chương điện trường, điện từ. Do đó, các bạn không thể để mất điểm trong dạng bài tập này được.