Trong quá trình phanh của ô tô điện, động cơ có thể được tự động chuyển sang chế độ phát điện. Trong khi tạo ra hiệu ứng phanh, một phần
20/28
Trong quá trình phanh của ô tô điện, động cơ có thể được tự động chuyển sang chế độ phát điện. Trong khi tạo ra hiệu ứng phanh, một phần cơ năng xe được chuyển thành điện năng và được tích trữ trong thiết bị tích trữ điện năng, hạn chế sự tỏa nhiệt đồng thời tích trữ thêm điện năng. Trong hình vẽ bên, máy phát điện được đơn giản hóa thành một khung dây dẫn hình vuông một vòng ABCD, có điện trở không đáng kể, đặt trong từ trường đều giữa hai cực nam châm. Chiều dài cạnh của khung là L, cảm ứng từ B, trục \({\rm{OO'}}\) của khung dây vuông góc với các đường sức từ và cách đều các cạnh \({\rm{AB}},{\rm{CD}}\). Khung dây được kết nối với bộ tích trữ năng lượng.
a) Nếu khung dây quay với tốc độ không đổi \(\omega \), chọn \({\rm{t}} = 0\) tại thời điểm pháp tuyến của mặt phẳng khung dây cùng phương, ngược chiếc với các đường sức từ. Suất điện động cảm ứng do cạnh AB tạo ra tại thời điểm t là \(e = \omega B{L^2}{\rm{cos}}\omega t\).
b) Trong hình vẽ, chiều của các đường sức từ là chiều từ trái sang phải.
c) Giả sử thay đổi bộ tích trữ năng lượng bằng điện trở R và tốc độ quay của khung trong vòng quay đầu tiên không đổi và bằng \({\omega _0}\), nhiệt lượng tỏa ra trên \(R\) bằng \(50{\rm{\% }}\) độ giảm động năng của xe. Sau một vòng quay đầu tiên của khung, động năng của xe giảm một lượng bằng \(\frac{{2\pi {\omega _0}{B^2}{L^4}}}{R}\).
d) Chiều quay của khung dây được thể hiện ở hình vẽ. Chiều dòng điện chạy trong cạnh AB là chiều từ A đến B.
Phương pháp:
Vận dụng kiến thức về tính chất của đường sức từ.
Áp dụng định luật Lenz xác định chiều dòng điện cảm ứng.
Cách giải:
a) Chọn \({\rm{t}} = 0\) tại thời điểm pháp tuyến của mặt phẳng khung dây cùng phương, ngược chiều với các đường sức từ, nên ta có:
\({\rm{\Phi }} = {{\rm{\Phi }}_0}{\rm{cos}}\left( {\omega t + \pi } \right)\)
\({\rm{\Phi }} = B.{L^2}{\rm{cos}}\left( {\omega t + \pi } \right)\)
Khi đó:
\(e = - {\rm{\Phi '}} = \omega B{L^2}{\rm{sin}}\left( {\omega t + \pi } \right)\)
\(e = \omega B{L^2}{\rm{cos}}\left( {\omega t + \frac{\pi }{2}} \right)\)
Vậy, suất điện động cảm ứng do cạnh AB tạo ra tại thời điểm t là \(e = \omega B{L^2}{\rm{cos}}\left( {\omega t + \frac{\pi }{2}} \right)\)
\( \to \) a sai
b) Chiều của các đường sức từ là chiều từ trái sang phải (các đường sức từ đi ra từ cực Bắc (N) và đi vào từ cực Nam (N)).
\( \to \) b đúng
c) Chiều quay của khung dây được thể hiện ở hình vẽ. Áp dụng định luật Lenz ta xác định được chiều dòng điện chạy trong cạnh AB là chiều từ B đến A.
\( \to \) c sai
d) Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R là:
\(Q = UIt = \frac{{{U^2}}}{R}t = \frac{{{E^2}}}{R}t = 50{\rm{\% }}.{\rm{\Delta }}{{\rm{W}}_d}\)
\( \Rightarrow {\left( {\frac{{{\omega _0}B{L^2}}}{{\sqrt 2 }}} \right)^2}.\frac{1}{R}.\frac{{2\pi }}{{{\omega _0}}} = \frac{1}{2}{\rm{\Delta }}{{\rm{W}}_d}\)
\( \Rightarrow {\rm{\Delta }}{{\rm{W}}_d} = \frac{{2\pi {\omega _0}{B^2}{L^4}}}{R}\)
\( \to \) d đúng