Hiện tượng cảm ứng điện từ được coi là hiện tượng vật lý nổi tiếng, là cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật và được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác của đời sống. Vậy hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? Dòng điện cảm ứng điện từ là gì? Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ như thế nào?… Cùng mayruaxegiadinh.com.vn tìm hiểu thông tin chi tiết về hiện tượng cảm ứng điện từ ngay trong bài viết dưới đây nhé!
Contents
Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?
Định nghĩa hiện tượng cảm ứng điện từ
Hiện tượng cảm ứng điện từ là cả một quá trình bắt đầu sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch đó biến thiên liên tục theo hình sóng elip. Chúng được tạo nên đơn giản từ một dây dẫn có chất liệu đồng quấn quanh một vật thể có dạng như lõi thép và có kết hợp cùng nam châm.
Việc sinh ra một dòng điện áp hay người ta thường gọi là dòng điện cảm ứng điện từ chính là kết quả của quá trình cảm ứng điện từ biến thiên.
Hay nói cách khác thì từ thông được tạo nên từ “Cuộn dây quấn quanh lõi thép có kết cấu nam châm”. Từ đó các dòng điện chảy từ thông lại xoay quanh theo chu kỳ sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng.
Nguyên lý cảm ứng điện từ
Hiện tượng cảm ứng điện từ có nguyên lý hoạt động là sự xuất hiện các suất điện động biến thiên, thông qua sợi dây quấn mà chúng được sinh ra với hiện tượng cảm ứng điện và tiếp xúc với bề mặt lõi thép kết hợp nam châm. Trong đó, suất điện động luôn có hướng đi trái chiều với tốc độ biến thiên của các dòng từ thông.
Công thức của cảm ứng điện từ là gì?
Cảm ứng điện từ được thể hiện dưới 3 công thức tương ứng với 3 quy trình cho dòng cảm ứng điện từ. Cụ thể các trường hợp như sau:
- Từ trường có dòng điện thẳng theo chu kỳ liên tục:
Bm = 2. 10-7 . I/Rm
Trong đó: Bm là từ trường tính tại điểm m.
Rm là chiều dài tính từ điểm m đến dây quấn.
I là dòng điện chạy qua dây quấn.
- Từ trường có dòng điện tròn:
Bo = 2r.10-7 . I/R
- Từ trường chạy trong ống dây:
B = 4r.10-7 . I.N/R = 4r10-7 . nI
Trong đó: N là số vòng dây của ống dây.
L là chiều dài của ống dây.
Những định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ lớp 11
Từ lý thuyết hiện tượng cảm ứng điện từ là gì, chúng ta hãy cùng tìm hiểu thêm một số những định luật cơ bản liên quan đến hiện tượng cảm ứng điện từ dưới đây.
Định luật cảm ứng điện từ cơ bản
Định luật cơ bản về cảm ứng điện từ nhấn mạnh: “Sự xuất hiện của suất điện động trong cảm ứng điện từ chỉ có khi và chỉ khi các dòng từ thông chạy qua lõi thép khi xuất hiện dòng điện chạy qua”.
Định luật cảm ứng điện từ của Faraday
Theo như ông Faraday thì lại cho rằng: Yếu tố cốt lõi để tạo nên dòng điện là suất điện động khi và chỉ khi mạch điện phải được thiết kế kín. Theo định nghĩa này thì suất điện động có một tỷ lệ biến thiên cùng chiều nhất định và đảo nghịch chiều so với thời gian theo một chu kỳ biến thiên.
Tóm lại khi phân tích vấn đề cảm ứng điện từ để dễ dàng và sâu sắc hơn chúng ta có thể tóm gọn định luật Faraday cảm ứng điện từ theo một chu trình như sau:
Suất điện động -> Dòng điện / Thuận từ thông và nghịch biến thiên.
Định luật cảm ứng điện từ của Lenz
Theo như ông Len – Xơ thì lại nhận định rằng: Dòng điện cảm ứng được sinh ra khi và chỉ khi từ trường trong nó đối kháng mạnh mẽ với nhân tố đã sinh ra nó.
Mặc dù rằng các định luật cảm ứng điện từ thì đều có độ phân tán theo từng ý nghĩa khá sâu sắc thế nhưng mục đích chính của các vấn đề Cảm ứng – Từ trường – Từ thông đều xoay quanh câu chuyện sản sinh ra dòng điện từ trường nhằm mục đích để phục vụ đời sống xã hội – Sản xuất.
Cách để nhận biết dòng điện cảm ứng là gì?
Hiện tượng hình thành một điện áp hay gọi là suất điện động trên một vật dẫn bất kỳ gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ xảy ra khi và chỉ khi vật dẫn phải được đặt trong một từ trường biến thiên. Và khi đó hiện tượng cảm ứng điện từ sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch.
Thế nhưng đối với cách để nhận biết sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng thì không phải ai cũng nắm được. Vì thế ta có thể sử dụng những cách phổ biến dưới đây để có thể nhận biết được dòng điện cảm ứng điện từ:
- Sử dụng Ampe kế là cách sử dụng đơn giản và nhanh chóng nhất lại đạt được độ chính xác cao khi nhận biết dòng điện cảm ứng.
- Cách thứ 2: là sử dụng nam châm thử để nhận biết dòng điện cảm ứng. Đây là cách được sử dụng khá phổ biến bởi cách này có tính tiện dụng cao.
- Cách thứ 3: chúng ta có thể áp dụng là sử dụng bóng đèn. Cách này là cách được sử dụng ít phổ biến hơn so với các cách trên trong nhận biết dòng điện cảm ứng.
Một số ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?
Hiện tượng cảm ứng điện từ được xem là hiện tượng quan trọng trong vật lý, hơn nữa nó cũng rất hữu ích với nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Do đó, ngoài việc nắm được bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ là gì thì việc biết rõ một số ứng dụng của hiện tượng này bạn cũng cần tham khảo để có ứng dụng vào thực tiễn.
Hiện tượng cảm ứng điện từ không chỉ giúp tạo ra cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật mà còn được ứng dụng trong các lĩnh lực giác từ công nghiệp, không gian đến y tế,… nhằm mục đích phục vụ hữu ích cho cuộc sống của con người.
Hiện tượng này được ứng dụng làm thiết bị gia dụng và cả trong công nghiệp, điển hình như bếp từ, quạt, đèn huỳnh quang, máy xay, lò nướng, loa, chuông cửa, lò vi sóng,…. Cụ thể một số ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ được thể hiện như dưới đây:
Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ làm thiết bị gia dụng
Điện từ đóng vai trò đặc biệt là nguyên tắc cơ bản đối với các thiết bị gia dụng thiết yếu như: đèn, hệ thống điều hòa không khí, thiết bị nhà bếp,….
- Bếp từ: Thay vì dẫn nhiệt bằng việc sử dụng bộ phận làm nóng bằng điện hay từ lửa như bếp ga thì sản phẩm bếp từ đã làm nóng nồi nấu bằng cảm ứng từ, dòng điện cảm ứng trực tiếp làm nóng dụng cụ nấu bếp và nhiệt độ thường tăng rất nhanh. Với bếp từ được thiết kế một cuộn dây đồng được đặt dưới một vật liệu cách nhiệt và thường là mặt bếp bằng gốm thủy tinh sau đó dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộn dây đồng này.
Từ thông liên tục từ hóa nồi tạo ra từ trường dao động và khi đó thì nồi đóng vai trò tương tự như lõi từ của máy biến áp. Từ đó tạo ra dòng điện xoáy hay còn gọi là dòng điện Fuco lớn ở trong nồi. Nồi nấu chịu tác dụng của lực hãm điện từ thông qua sự hoạt động của dòng Fuco và cũng chính từ đó gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Lenxơ làm đáy nồi được nóng lên từ đó thức ăn bên trong nồi cũng nóng theo và được nấu chín.
- Đèn huỳnh quang: Các hệ thống chiếu sáng hiện nay đa số sử dụng hệ thống chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang. Trong đèn huỳnh quang, dựa trên nguyên lý điện từ mà chấn lưu được sử dụng và vì thế tại thời điểm bật đèn nó đã tạo ra một điện áp cao trên 2 đầu đèn là phóng điện qua đèn. Dòng điện khi đi qua đèn sẽ tạo thành những ion, những ion này tác động lên bột huỳnh quang từ đó làm đèn phát sáng.
- Quang điện: Động cơ điện được sử dụng trong các hệ thống làm mát nói chung hay quạt điện nói riêng về bản chất hoạt động đều dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Động cơ điện hoạt động bởi từ trường được tạo ra bởi dòng điện theo nguyên lý lực Lorentz với mọi loại thiết bị điện bất kỳ.
Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong công nghiệp
Hiện tượng cảm ứng điện từ không chỉ được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện dân dụng mà còn được con người sử dụng vào các hoạt động sản xuất và thậm chí còn được ứng dụng trong cả lĩnh vực y học để chữa bệnh cho con người.
Một số ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ trong lĩnh vực công nghiệp được thể hiện cụ thể như sau:
- Ứng dụng làm máy phát điện: Máy phát điện tạo ra điện từ việc sử dụng năng lượng cơ học. Bộ phận quan trọng nhất của máy phát điện hay còn gọi là “trái tim” của thiết bị bản chất chính là một cuộn dây trong từ trường.
Nguyên lý hoạt động của loại thiết bị này chính là cuộn dây điện khi 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 thì việc sử dụng cảm ứng điện từ có một cách khác đó là giữ cho cuộn dây đứng yên sau đó quay nam châm vĩnh cửu – cung cấp từ trường và từ thông xung quanh cuộn dây.
- Tàu đệm từ: Hiện tượng cảm ứng điện từ khi sử dụng trong hệ thống giao thông được xem là một trong những công nghệ hiện đại. Bản chất của tàu đệm từ là việc sử dụng nam châm điện để tăng tốc độ của tàu lên một mức đáng kinh ngạc.
Hiện nay, chúng ta có thể thấy tàu đệm từ nhiều ở Nhật Bản, nhiều đoàn tàu ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ được xây dựng có tốc độ vô cùng lớn, thậm chí một số đoàn tàu còn có tốc độ trên 500 km/h.
Nguyên tắc cơ bản của nam châm được sử dụng trong tàu đệm từ, điển hình là hệ thống treo động lực học (EDS) và hệ thống treo điện (EMS). Trong EMS, tàu sẽ được hút vào đường ray sắt nhờ nam châm điện được sử dụng trên thân tàu.Các nam châm này được sử dụng bao quanh các đường ray dẫn hướng và lực hấp dẫn giữa các hướng và nam châm giúp tàu được nâng lên. Trong EDS, lực đẩy trong các hướng dẫn điện bằng dòng điện cảm ứng giúp tàu được đẩy lên.
Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong y học
Trong các thiết bị y tế tiên tiến có thể thấy trường điện từ luôn giữ một vai trò quan trọng nhất định. Điển hình như phương pháp cấy ghép hay chụp cộng hưởng từ (MRI), phương pháp điều trị tăng thân nhiệt cho bệnh ung thư,….
Lời Kết
Với những thông tin về hiện tượng cảm ứng điện từ là gì cùng những ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ trong bài viết trên hy vọng giúp bạn hiểu chi tiết hiện tượng này, đặc biệt có thể ứng dụng đúng hiện tượng này vào trong cuộc sống.