Ý nghĩa của từ thông là gì? Công thức tính từ thông ra sao? Từ thông được tính bằng đơn vị là gì? Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ trong công nghiệp và trong đời sống?
Đó là tất cả những thông tin mà chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu trong bài viết hôm nay.
Như ta đã được học trước dây, từ thông cảm ứng điện từ là một hiện tượng vật lý được tìm ra bởi nhà vật lý học và hóa học người Anh tên là Michael Faraday. Những sáng chế của ông ta về những thiết bị có điện trường quay đã đặt nền móng cho công nghệ động cơ điện, và ông có công lớn khi làm cho điện có thể sử dụng trong ngành công nghệ.
Vì thế nên ta có thể nói, Faraday là người đã đưa thế giới sang một trang khác, một nền văn minh khác - nền văn minh sử dụng điện như ngày nay.
Từ thông là gì?
Từ thông (hay còn được gọi là thông lượng từ trường) là một đại lượng đo lượng từ trường qua một diện tích được giới hạn bởi một vòng dây kín.
Ký hiệu của từ thông:
Từ thông được ký hiệu bằng ký tự Φ (đọc là “phi”). Và Φ chính là chữ cái số 21 trong bảng chữ cái bằng tiếng Hy Lạp.
Đơn vị của từ thông:
Cũng giống như các đại lượng vật lý khác, từ thông cũng có đơn vị tính riêng của nó.
Có nhiều đơn vị của từ thông, tùy theo hệ quy chuẩn. Trong đó, từ thông sẽ có các đơn vị như:
Trong hệ tiêu chuẩn SI, đơn vị của từ thông là Weber (viết tắt là Wb) - đọc là “vê be”.
Còn theo hệ tiêu chuẩn CGS, đơn vị của từ thông là Maxwell.
Ngoài ra, ta còn có đơn vị của từ thông trong đơn vị nền tảng là Volt-giây.
Từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc vào?
Để tìm hiểu về vấn đề này, ta cùng tham khảo hình vẽ sau:
Từ thông đi qua 1 diện tích S sẽ phụ thuộc vào 3 yếu tố:
- Diện tích S: khi diện tích S càng lớn thì lượng từ thông đi qua nó càng lớn.
Ta có thể hiểu đơn giản như khi bạn lấy 1 tờ giấy và chắn ngang 1 cái quạt đang quay. Nếu tờ giấy càng lớn thì sức cản gió của nó sẽ càng nhiều. Từ thông cũng tương tự vậy.
- Cảm ứng từ B: Như ta đã biết, cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh hay yếu của từ trường. Mà từ thông lại là đại lượng đặc trưng cho lượng từ trường. Chứng tỏ rằng từ thông sẽ lớn khi lượng từ trường đi qua mặt phẳng lớn. Hoặc có thể nói là từ thông sẽ tỉ lệ thuận với cảm ứng từ.
- Độ lớn của góc α:
- Góc α là góc được tạo bởi vector pháp tuyến n và đường cảm ứng từ B (như trên hình vẽ).
-Khi ta thay đổi đổi độ lớn của góc α thì từ thông cũng sẽ thay đổi. Trong đó, khi góc α là 45 độ, tức là vector pháp tuyến vuông góc với đường cảm ứng từ B thì từ thông sẽ có giá trị lớn nhất. Và khi góc α là 0 độ, tức là vector pháp tuyến song song với đường cảm ứng từ thì sẽ không có từ thông.
Từ đó, người ta chứng minh được rằng từ thông tỉ lệ thuận với độ lớn của góc α.
Từ đó, ta có thể suy ra:
Từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc vào 3 yếu tố: diện tích mặt phẳng S, cảm ứng từ B và độ lớn của góc α.
Công thức tính từ thông:
Theo như khả năng phụ thuộc vào từ thông với các đơn vị diện tích; cảm ứng từ, độ lớn góc α; người ta tính từ thông dựa theo công thức:
Φ = N.B.S.cosα
Trong đó:
Φ: là từ thông
N: số vòng dây
B: cảm ứng từ
S: diện tích của 1 vòng dây (đơn vị là m2)
α: là góc được tạo bởi vector pháp tuyến n và B
Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?
Theo như định nghĩa ngày xưa ta đã được học thì hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng từ thông qua mạch kín biến thiên (tăng hay giảm). Khi đó trong mạch điện sẽ xuất hiện dòng điện. Dòng điện này được gọi là dòng điện cảm ứng.
Hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra khi nào?
Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín có biến thiên. Nói đơn giản hơn, hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ xuất hiện khi có sự tăng/giảm của từ thông trong mạch kín.
Để tìm hiểu kỹ hơn, ta sẽ cùng tham khảo qua thí nghiệm nổi tiếng của Faraday như sau:
Theo nhà vật lý-hóa học vĩ đại Faraday, ông đã làm thí nghiệm như sau:
Lấy 1 cuộn dây điện có nhiều vòng và nối với 1 điện kế G thành 1 mạch kín. Ông nhận ra rằng khi ông đưa 1 thanh nam châm vào ống dây điện; kim của điện kế bị lệch đi (hình phía trên). Điều này chứng tỏ rằng trong cuộn dây đã xuất hiện dòng điện. Dòng điện này chính là dòng điện cảm ứng điện từ (ký hiệu là Ic).
Tiếp theo, ông đưa thanh nam châm ra khỏi cuộn dây, ông nhận thấy bên trong ống dây vẫn xuất hiện 1 dòng điện có hướng ngược lại với chiều của thanh nam châm.
Khi ông di chuyển nhanh thanh nam châm trong cuộn dây, độ lớn của dòng điện cảm ứng càng lớn.
Và khi ông đặt thanh nam châm đứng yên, dòng điện trong cuộn dây biến mất.
Tiếp theo, ông thay thanh nam châm bằng 1 ống dây có dòng điện đi qua thì vẫn thu được kết quả tương tự.
Từ đó, ông đã kết luận:
- Từ thông gửi qua mạch kín biến đổi theo thời gian là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó.
- Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mạch kín biến đổi.
- Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi của từ thông.
- Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của từ thông gửi qua mạch.
Và đây cũng là nội dung chính của định luật Faraday.
Định luật Lenz:
Cũng nghiên cứu về hiện tượng cảm ứng điện từ, nhà vật lý người Đức Heinrich Lenz đã tìm ra định luật giúp ta xác định được chiều của dòng điện cảm ứng điện từ.
Nội dung của định luật như sau:
“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 đã sinh ra nó”.
Ðiều này có nghĩa là khi từ thông qua mạch tăng lên, từ trường cảm ứng sinh ra có tác dụng chống lại sự tăng của từ thông: từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài.
Nếu từ thông qua mạch giảm, từ trường cảm ứng (do dòng điện cảm ứng sinh ra nó) có tác dụng chống lại sự giảm của từ thông, lúc đó từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài.
Như vậy, theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng bao giờ cũng có tác dụng chống lại sự dịch chuyển của thanh nam châm. Do đó, để dịch chuyển thanh nam châm, ta phải tốn công. Chính công mà ta tốn được biến thành điện năng của dòng điện cảm ứng.
Ý nghĩa của từ thông - Ứng dụng của cảm ứng điện từ trong đời sống:
Thực tế, có rất nhiều những vật dụng hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Một vài ứng dụng của nó trong đời sống như:
Bếp từ:
Một ứng dụng của cảm ứng từ chính là bếp từ (hay còn gọi là bếp điện từ).
Khác với các loại bếp làm nóng bằng lửa hoặc bằng điện thì bếp từ hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ.
Cấu tạo của bếp từ sẽ bao gồm một cuộn dây được đặt dưới một vật liệu cách nhiệt (thường là mặt bếp bằng gốm thủy tinh). Cuộn dây này sẽ có từ trường biến thiên tần số cao có thể thay đổi được.
Khi ta cắm điện bếp từ, một dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộn dây đồng này và sẽ sinh ra trên cuộn dây 1 từ trường biến thiên.
Khi đặt nồi lên bếp, đáy nồi sẽ bị nhiễm từ và sinh ra dòng điện Fu-cô.
Do tác dụng của dòng Fu-cô, nồi nấu chịu tác dụng của lực hãm điện từ, từ đó; gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun - Lenxơ và làm nóng đáy nồi cũng như thức ăn bên trong.
Quạt điện:
Các loại quạt điện nói chung hay các thiết bị làm mát nói chung đều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ.
Trong đó, dòng điện sẽ được biến đổi thành từ trường và làm quay động cơ, cánh quạt.
Ý nghĩa của từ thông - Ứng dụng của cảm ứng điện từ trong công nghiệp:
Tạo ra dòng điện xoay chiều - chế tạo máy phát điện:
Cấu tạo chính của máy phát điện sẽ bao gồm các dây dẫn điện được quấn trên 1 lõi sắt (được gọi là Stato) và 1 nam châm vĩnh cửu.
Dòng điện Fu-cô chạy trong kim loại chuyển cơ năng thành năng lượng của dòng điện. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là động cơ tua bin hơi, tua bin nước, tua bin gió; động cơ đốt trong và các nguồn cơ năng khác.
Máy biến dòng:
Hay còn được gọi là máy biến dòng điện hoặc C.T (Current Transformer).
Đây là một thiết bị chuyên dùng để biến đổi dòng điện có giá trị cao sang dòng chuẩn 5A hoặc 10A.
Có thể nói tất cả các thiết bị điện trong nhà máy đều phải thông qua máy biến dòng để tránh tình trạng bị chập cháy hoặc dòng điện tăng/giảm đột ngột gây hư hỏng thiết bị.
Bạn có thể tham khảo bài viết về thiết bị này tại địa chỉ:
Máy biến dòng là gì?
Biến đổi dòng điện xoay chiều:
Một ứng dụng quan trọng khác của cảm ứng điện từ là máy biến điện. Máy biến áp là một thiết bị thay đổi năng lượng điện xoay chiều ở một cấp điện áp sang cấp khác; thông qua hoạt động của từ trường. Một máy biến áp giảm áp là trong đó điện áp trong sơ cấp cao hơn điện áp thứ cấp. Ngược lại là máy tăng áp. Các công ty điện lực sử dụng một máy tăng áp để tăng điện áp lên 100 kV; giúp giảm dòng điện và giảm thiểu tổn thất điện năng trong các đường dây truyền tải. Mặt khác, các mạch điện gia dụng sử dụng các máy giảm áp để giảm điện áp xuống hoặc 220V để sử dụng các thiết bị điện trong nhà.
Các loại cảm biến đo lưu lượng:
Máy đo lưu lượng điện từ hay cảm biến đo lưu lượng được sử dụng để đo vận tốc của một số chất lỏng.
Cấu tạo của các loại cảm biến đo lưu lượng này là 1 đường ống cách điện; trong đó chất lỏng đang chảy.
Theo định luật Faraday, một lực điện động được tạo ra trong nó. Suất điện động cảm ứng này tỷ lệ thuận với tốc độ của chất lỏng chảy.
Khi tính được suất điện động này, ta sẽ tính ra được tốc độ của chất lỏng chảy trong đường ống.
Trên đây là những thông tin mà mình muốn chia sẻ về từ thông cũng như hiện tượng cảm ứng điện từ.
Hy vọng bài viết này có thể cung cấp cho bạn những thông tin bổ ích.
Nếu có gì sai sót, hãy giúp mình chỉnh lại bằng cách comment bên dưới.
Thanks.
