Suất điện động cảm ứng, định luật Faraday

Mạch kín có từ thông biến thiên thì có suất điện động cảm ứng $e_c$ (đơn vị vôn, V). Thí nghiệm cho thấy độ lớn của nó tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông.

Giải thích:

• $\Delta\Phi=\Phi_{\text{sau}}-\Phi_{\text{trước}}$ trong khoảng thời gian $\Delta t$. Biến thiên càng nhanh ($\Delta t$ càng nhỏ) thì $e_c$ càng lớn: đưa nam châm nhanh, kim bật mạnh.
• $N$ vòng dây mắc nối tiếp, mỗi vòng cho cùng suất điện động nên cộng lại thành $N$ lần.
• Dấu trừ là định luật Lenz viết bằng công thức: $e_c$ có chiều (dấu) sao cho dòng cảm ứng chống lại sự biến thiên của $\Phi$. Khi đề chỉ hỏi độ lớn ta bỏ dấu trừ và lấy $\lvert\Delta\Phi\rvert$.
• Khi $\Phi$ biến thiên đều (đồ thị $\Phi$–$t$ là đoạn thẳng) thì $e_c$ không đổi; biến thiên không đều thì công thức cho giá trị trung bình trong $\Delta t$ và giá trị tức thời là $-N\,\Phi'(t)$, tức độ dốc tiếp tuyến.
• Nếu mạch hở thì chỉ có $e_c$ (đo bằng hiệu điện thế hai đầu hở), không có dòng.

Biểu thức cụ thể khi chỉ một đại lượng đổi (mạch đứng yên, $\alpha$ không đổi):

Trong khoảng $\Delta t$ dòng điện $I=\dfrac{N\lvert\Delta\Phi\rvert}{R\,\Delta t}$ (nếu đều) chuyển qua mạch điện lượng

$$q=I\Delta t=\frac{N\lvert\Delta\Phi\rvert}{R}.$$

Điện lượng chỉ phụ thuộc độ biến thiên từ thông và điện trở, không phụ thuộc biến đổi nhanh hay chậm. Nhanh thì dòng lớn nhưng thời gian ngắn, chậm thì dòng nhỏ nhưng thời gian dài, tích của chúng như nhau.

Từ $e_c=-N\Phi'(t)$: suất điện động tỉ lệ với độ dốc của đồ thị $\Phi$–$t$, hệ số $-N$.

• Đoạn dốc lên (dốc dương): $e_c<0$ (theo quy ước dấu của $\Phi$): dòng cảm ứng chống lại sự tăng $\Phi$.
• Đoạn nằm ngang: $\Delta\Phi=0$, $e_c=0$: không có dòng, dù $\Phi$ có lớn đến đâu.
• Đoạn dốc xuống: $e_c>0$, dòng ngược chiều với đoạn dốc lên.
• Độ lớn: $\lvert e_c\rvert=N\times\lvert\text{độ dốc}\rvert=N\dfrac{\lvert\Phi_2-\Phi_1\rvert}{t_2-t_1}$.

Đồ thị $e$–$t$ của mạch có $\Phi$–$t$ gồm các đoạn thẳng là các bậc ngang (hằng số trong từng giai đoạn).

• $e_c=-N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$: độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông và với $N$; dấu trừ là Lenz.
• $I=\dfrac{\lvert e_c\rvert}{R}$; $q=\dfrac{N\lvert\Delta\Phi\rvert}{R}$ (không phụ thuộc thời gian biến thiên); $Q=\dfrac{e^2}{R}\Delta t$.
• $B$ đổi đều: $\lvert e\rvert=NS\cos\alpha\dfrac{\lvert\Delta B\rvert}{\Delta t}$. $S$ đổi: $\lvert e\rvert=NB\cos\alpha\dfrac{\lvert\Delta S\rvert}{\Delta t}$.
• Đồ thị $\Phi$–$t$: độ dốc cho $e$; đoạn ngang cho $e=0$; đồ thị $e$–$t$ là các bậc ngang.