Cảm ứng điện từ là gì có lẽ là thuật ngữ đã quá quen thuộc với những người trong ngành kỹ thuật. Nó là một trong những hiện tượng vật lý quan trọng mà chúng ta đã được học trong chương trình vật lý. Để hiểu rõ hơn về hiện tượng cảm ứng điện từ, công thức tính và những ứng dụng của nó trong đời sống. Mời bạn cùng tham khảo bài viết dưới đây của Hapoin nhé!
Cảm ứng điện từ là gì?
Cảm ứng điện từ là hiện tượng từ thông qua mạch kín biến thiên có thể tăng hoặc giảm để làm xuất hiện trong mạch dòng điện, dòng điện này được gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ xảy ra trong một khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên. Cường độ dòng điện cảm ứng sẽ tỷ lệ thuận với tốc độ biến đổi của từ thông. Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự giảm hoặc tăng của từ thông gửi qua mạch kín.
Có thể hiểu:
Dòng điện cảm ứng là dòng điện xuất hiện khi xuất hiện sự biến thiên của từ thông qua một mạch kín.
Hiện tượng cảm ứng điện từ hay hiện tượng hình thành một suất điện động (còn gọi là điện áp) trên một vật dẫn khi vật đó đặt trong từ trường biến thiên.
Điều này đã được thực nghiệm chứng minh bởi nhà khoa học và vật lý người Anh: Từ trường có thể sinh ra dòng điện, dòng điện này sẽ được sinh ra khi từ thông đi qua mạch kín thay đổi, trong mạch và dòng điện này còn được gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện đó được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
Đến đây, chúng ta tiếp tục tìm hiểu về từ trường, từ thông là gì và đường sức từ là gì nhé!
Từ trường
Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt được sinh ra xung quanh các điện tích đang chuyển động. Nó cũng có thể sinh ra bởi sự biến thiên liên tục của điện trường. Để biết được từ trường có tồn tại hay không, có thể dùng kim nam châm để xác định, kim nam châm ở trạng thái cân bằng hướng N-B.
Từ thông
Đây là tổng số đường sức từ đi qua một bề mặt kín. Từ thông là đặc trưng cho lượng từ trường đi qua một diện tích, khi diện tích càng lớn từ trường đi qua đó càng nhiều.
Từ thông có ký hiệu là Φ, bắt nguồn từ ký tự của tiếng Hy Lạp. Thông thường từ thông sẽ là Φ hay ΦB.
Công thức tính từ thông: Φ = B.S.Cos(α)
Trong đó:
- Φ: Độ lớn từ thông (Wb)
- B: Độ lớn cảm ứng từ (T)
- S: Diện tích bề mặt có đường sức từ đi qua (m²)
- α: Góc hợp bởi vecto pháp tuyến n và vecto cảm ứng từ B của mặt phẳng tiết diện S
Đơn vị của từ thông xét theo CGS hay SI thường có ba đơn vị đo:
- Weber (Wb): Đơn vị chuẩn quốc tế (SI)
- Votl – Giây: Đơn vị nền tảng
- Maxwell: Đơn vị theo CGS
Đường sức từ
Đường sức từ là các đường thẳng dài vô tận không cắt nhau hoặc đường cong kín trong không gian xung quanh dòng điện và nam châm. Nó là đường biểu diễn mật độ của từ trường, khi đường sức từ càng dày thì độ lớn của từ trường lại càng lớn và ngược lại.
Một số định luật về cảm ứng điện từ
Định luật cơ bản về cảm ứng điện từ
Khi có sự biến đổi thông qua mặt giới hạn bởi mạch điện kín, trong mạch điện kín sẽ xuất hiện suất điện động. Suất điện động cảm ứng sinh ra bởi hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng luôn bằng về trị số nhưng lại trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông gửi quan điện tích của mạch điện.
Định luật Lenz
Chiều của dòng điện cảm ứng trong dây dẫn sinh ra bởi sự biến thiên của từ trường tuân theo định luật cảm ứng Faraday sẽ tạo ra một từ trường chống lại sự biến thiên từ thông sinh ra nó. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường bởi nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó.
Định luật cảm ứng Faraday
Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín, tỷ lệ với độ biến thiên từ thông qua mạch và tỷ lệ nghịch với khoảng thời gian của sự biến thiên đó.
Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?
Đây là một hiện tượng rất hữu ích với nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Điện từ tạo ra một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật. Nó còn có tác động lớn đến các lĩnh vực y tế, không gian, công nghiệp,…
Trong thiết bị gia dụng
Điện từ có vai trò là nguyên tắc làm việc cơ bản của nhiều thiết bị gia dụng như thiết bị nhà bếp, đèn, hệ thống điều hòa không khí,…
Bếp từ
Bếp từ sử dụng cảm ứng từ để làm nóng nồi nấu thay cho dẫn nhiệt từ lửa hoặc bộ phận làm nóng bằng điện. Dòng điện cảm ứng trực tiếp sẽ làm nóng dụng cụ nấu bếp nên nhiệt độ có thể tăng rất nhanh.
Trong bếp từ, có một cuộn dây đồng đặt dưới một vật liệu cách nhiệt (thường sẽ là mặt bếp được làm bằng gốm thủy tinh), một dòng điện xoay chiều sẽ truyền qua cuộn dây đồng này.
Từ trường dao động sẽ tạo ra một từ thông liên tục, lúc này nồi sẽ đóng vai trò như lõi từ của máy biến áp. Điều này tạo ra dòng điện xoáy (hay dòng điện Fu-cô, Foucalt) lớn trong nồi. Tác dụng của dòng điện xoáy khiến nồi nấu chịu tác dụng của lực hãm điện từ. Từ đó hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Lenxơ được hình thành và làm nóng đáy nồi và thức ăn bên trong.
Đèn huỳnh quang
Hệ thống chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang được sử dụng cực kỳ phổ biến ở trong gia đình và các tòa nhà thương mại. Chấn lưu của đèn huỳnh quang hoạt động trên nguyên lý điện từ. Vào thời điểm đèn bật, nó sẽ tạo ra một điện áp cao trên hai đầu đèn là phóng điện qua đèn.
Dòng điện đi qua đèn sẽ tạo thành ion tác động lên bột huỳnh quang khiến đèn phát sáng.
Quạt điện
Quạt điện và các hệ thống làm mát khác sử dụng động cơ điện đều hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Ở bất kỳ thiết bị điện nào, động cơ điện hoạt động bởi từ trường đều được tạo ra bởi dòng điện theo nguyên lý lực lorenxơ. Những động cơ này chỉ có sự khác nhau về chi phí và kích thước dựa trên ứng dụng.
Ngoài ra, hiện tượng cảm ứng điện từ còn được ứng dụng trong rất nhiều thiết bị gia dụng như lò vi sóng, lò nướng, loa, chuông cửa, máy xay,…
Ứng dụng trong công nghiệp
Sau đây là một số ứng dụng tiêu biểu giúp bạn hiểu rõ hơn ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ là gì trong công nghiệp.
Máy phát điện
Đây là loại máy sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra điện. Bộ phận quan trọng nhất của máy là một cuộn dây trong từ trường. Máy phát điện hoạt động dựa theo nguyên lý cuộn dây điện được quay trong từ trường với tốc độ không đổi sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều.
Thay vì sử dụng một cuộn dây quay trong từ trường không đổi, có thể sử dụng cách khác là giữ cuộn dây đứng yên và quay nam châm vĩnh cửu xung quanh cuộn dây để sử dụng cảm ứng điện từ.
Tàu đệm từ
Tàu đệm từ là một công nghệ hiện đại trong hệ thống giao thông sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ. Nó sử dụng nam châm điện mạnh để tăng tốc tàu lên một mức rất kinh ngạc.
Tàu đệm từ ứng dụng nguyên tắc cơ bản của nam châm như hệ thống treo động lực học (EDS) và hệ thống treo điện từ (EMS). Nam châm điện được sử dụng trên thân tàu sẽ hút vào đường sắt trong EMS. Nam châm này sẽ bao quanh đường ray dẫn hướng và lực hấp dẫn giữa các hướng dẫn để nâng tàu lên. Trong EDS, tàu sẽ được đẩy bởi lực đẩy trong các hướng dẫn điện bằng dòng điện cảm ứng.
Ứng dụng trong y học
Trường điện từ ngày nay đóng vai trò quan trong trong các thiết bị y tế hiện đại như phương pháp điều trị cấy ghép, chụp cộng hưởng từ (MRI), điều trị tăng thân nhiệt cho bệnh nhân ung thư,…
Kết luận
Trên đây là những chia sử của Hapoin về những lý thuyết cơ bản về hiện tượng cảm ứng điện từ là gì và những ứng dụng của cảm ứng điện từ trong đời sống. Mong rằng, sau khi đọc bài viết này, bạn đọc đã nắm được những kiến thức xoay quanh cảm ứng điện từ và có thể vận dụng vào cuộc sống.
