DIỄN GIẢI SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG TIẾN TRÌNH KHOA HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ, ĐỀ XUẤT KIẾN THỨC “SỰ XUẤT HIỆN SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG. CHIỀU CỦA DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG TRONG ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG”

Theo kiến thức đã biết, một hạt mang điện chuyển động trong từ trường thì chịu tác dụng của lực Lorenxơ, lực này có phương, chiều và độ lớn xác định. Ta biết trong dây dẫn có các các electron tự do, nếu dây dẫn chuyển động với vận tốc trong từ trường thì có hiện tượng gì xảy ra đối với các electron đó?

Từ điều trên, vấn đề đặt ra là: Nếu có một đoạn dây dẫn chiều dài l, chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc  thì có hiện tượng gì xảy ra với các electron trong đoạn dây dẫn đó. Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một dây dẫn khác tạo thành một mạch kín thì có hiện tượng gì xảy ra trong mạch kín này?

Với câu hỏi này thì hướng giải quyết là gì? Vận dụng điều đã biết ở trên và để ý ta thấy: Khi đoạn dây chuyển động thì các electron trong đoạn dây cũng chuyển động cùng với nó và do đó, chúng cũng chịu tác dụng của lực Lorenxơ. Xét tác dụng của lực Lorenxơ lên các electron trong dây dẫn khi chúng chuyển động cùng với dây dẫn trong từ trường, từ đó rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra.

Theo suy luận ở trên, do có lực Lorenxơ tác dụng, các electron tự do sẽ chuyển động về một đầu đoạn dây làm cho đầu này thừa electron nên tích điện âm, đầu kia tích điện dương, giữa hai đầu đoạn dây dẫn có một hiệu điện thế U. Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một dây dẫn khác thành mạch kín thì trong mạch sẽ có dòng điện. Khi đó, đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường đóng vai trò như một nguồn điện, tức là có suất điện động, ta gọi suất điện động này là suất điện động cảm ứng c ( nếu mạch hở thì U = c ).

Theo phân tích ở trên ta còn thấy, bên trong đoạn dây dẫn, do các electron chuyển động theo hướng của lực Lorenxơ, còn chiều của dòng điện (quy ước là chiều chuyển động của hạt mang điện dương) lại ngược với chiều chuyển động của electron tức ngược với chiều của lực Lorenxơ. Nếu biết chiều của lực Lorenxơ tác dụng lên các electron, ta sẽ biết được chiều của dòng điện chạy trong đoạn dây dẫn. Mặt khác, lực Lorenxơ có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái, vậy thì liệu chiều của dòng điện chạy trong đoạn dây có theo quy luật nào không?

Để giải đáp thắc mắc này ta hãy xét các trường hợp khác nhau: hoặc chuyển động với vận tốc có hướng khác nhau của đoạn dây hoặc giữ nguyên hướng chuyển động ta thay đổi chiều của từ trường, thì ta thấy chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong thanh tuân theo một quy tắc gọi là quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón tay cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường (đó là chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn). Vận dụng quy tắc này có thể xác định được chiều của dòng điện chạy trong đoạn dây dẫn và cũng từ đây suy ra được chiều của dòng điện trong mạch kín.

Vậy ta kiểm nghiệm kết luận trên đây như thế nào ? Có thể làm thí nghiệm như thế nào để chứng minh những điều suy luận trên là đúng? Nếu làm được điều này thì một mặt xây dựng được kiến thức

+ Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường.

+ Chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường.

Mặt khác, kiểm tra được sự tồn tại của lực Lorenxơ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường.

Từ những lập luận lí thuyết ở trên và suy nghĩ về một thí nghiệm kiểm chứng, thấy rằng: dụng cụ làm thí nghiệm cần phải có:

+ Đoạn dây dẫn, nhưng nếu chỉ với đoạn dây dẫn thì có thể không quan sát được hiện tượng xảy ra nên ta cần phải quấn thành một khung dây hình vuông hoặc hình chữ nhật với nhiều vòng dây và khi làm thí nghiệm với đoạn dây thì ta chỉ cho một cạnh của khung dây đặt trong từ trường.

+ Nam châm vĩnh cửu chữ U để tạo từ trường (hoặc dùng nam châm điện nếu có)

+ Điện kế nhạy dùng để nhận biết sự tồn tại của dòng điện trong mạch kín.

+ Các dây nối để nối hai đầu đoạn dây với với hai đầu điện kế tạo thành mạch kín.