Từ thông là gì? Ý nghĩa của từ thông? Cách tính từ thông?

1. Từ thông là gì? 

Từ thông được định nghĩa là số lượng đường sức từ đi qua một bề mặt kín nhất định. Nó cung cấp phép đo tổng từ trường đi qua một diện tích bề mặt nhất định. Ở đây, khu vực được xem xét có thể có kích thước bất kỳ; và ở bất kỳ hướng nào so với hướng của từ trường.

Biểu tượng của từ thông:

– Từ thông thường được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp Phi hoặc Phi hậu tố B.

– Kí hiệu từ thông : Φ hoặc Φ _B

Tính chất của từ thông:

– Từ thông luôn tạo thành một vòng khép kín.

– Chúng luôn bắt đầu từ cực bắc và kết thúc ở cực nam.

– Chúng không bao giờ cắt nhau.

– Các đường sức từ song song với nhau và cùng chiều thì đẩy nhau.

2. Ý nghĩa của từ thông? 

Trong công thức tính từ thông ở trên, nếu góc α = 0, thì độ lớn từ thông Φ = B.S. Lấy S = 1 thì Φ = B. Từ đó, ta có thể thấy được từ thông bằng số đường sức từ xuyên qua diện tích S đặt vuông góc với đường sức.

Vậy ý nghĩa của từ thông là: Từ thông qua diện tích S bằng số đường sức từ qua diện tích S được đặt vuông góc với đường sức

3. Công thức tính từ thông:

Từ thông qua một diện tích S đặt trong từ trường đều là:

F = BScosa

Trong đó:

Φ là từ thông;

B là cảm ứng từ, có đơn vị tesla (T);

S là diện tích mặt kín C, có đơn vị m²;

a là góc giữa pháp tuyến  và  .

Nếu đặt khung dây có N vòng thì từ thông qua khung dây là:

Φ = NBScosa

– Trong hệ SI, đơn vị của từ thông là vêbe, kí hiệu là Wb.

Theo công thức:  nếu cosα = 1, S = 1 m², B = 1 T thì Φ = 1Wb. Vậy 1 Wb = 1T. 1m²

Công thức tính từ thông cực đại

Từ thông cực đại được tạo ra bởi công thức Φmax = B.S

Từ thông cực đại được tạo ra khi góc α nằm trong 2 trường hợp n và B tạo góc 0 độ C và 180 oC Điều này có nghĩa là cảm ứng điện từ và từ trường tiết diện S nó chạy song song với nhau; và không tạo ra góc

Công thức tính từ thông cực tiểu

Từ thông cực tiểu có nghĩa là không sinh ra từ thông. Mà trường hợp từ thông không được sản sinh bởi lý do góc α = 90 độ xảy ra khi góc n và B tạo góc vuông.

4. Bài tập vận dụng: 

Ví dụ 1: Một khung dây hình chữ nhật kích thước 3 (cm) x 4 (cm) đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 5.10^-4 (T). Vectơ cảm ứng từ hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung một góc 30⁰. Từ thông qua hình chữ nhật đó là bao nhiêu?

Bài giải:

Diện tích khung dây hình chữ nhật là :

S = a.b = 0,03.0,04 = 12.10^-4 (m²)

Từ thông qua khung dây là:

Φ = BScosa = 5.10^-4.12.10^-4.cos30⁰ = 52.10^-8 (Wb)

Ví dụ 2: Giả sử bài toán yêu cầu thế này: Có một khung dây đồng được cuốn phẳng dẹt với số vòng dây độ 1500 vòng, diện tích mỗi vòng là 39 cm²

Trong bài toán thể hiện khung quây xoay đều quanh một trục vít đối xứng nhau. Hướng của cảm ứng điện từ so với trục quay tạo một góc 0 độ và có độ lớn 0,5T. Yêu cầu tính từ thông cực đại chạy quay khung dây

Theo công thức trên ta có:

Φ = N .B . Scosα = 1500 * 0,5 * 39*10^-4 = 2,925Wb

Ví dụ 3: Một khung dây dẫn phẳng có diện tích S = 50 cm², có N = 100 vòng dây, quay đều với tốc độ 50 vòng/giây quanh một trục vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,1 T. Chọn gốc thời gian t = 0 là lúc vectơ pháp tuyến n của diện tích S của khung dây cùng chiều với vectơ cảm ứng từ B và chiều dương là chiều quay của khung dây. Viết biểu thức xác định từ thông Φ qua khung dây.

Hướng dẫn giải:

Khung dây dẫn quay đều với tốc độ góc : ω = 50.2π = 100π rad/s

Tại thời điểm ban đầu t = 0, vectơ pháp tuyến n  của diện tích S của khung dây có chiều trùng với chiều của vectơ cảm ứng từ B của từ trường. Đến thời điểm t, pháp tuyến n  của khung dây đã quay được một góc bằng ωt . Lúc này từ thông qua khung dây là:

Φ = NBScos(ωt )

Như vậy, từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà theo thời gian với tần số góc ω và với giá trị cực đại (biên độ) là Ф0 = NBS.

Thay N = 100, B = 0,1 T, S = 50 cm2 = 50. 10^-4 m2 và ω = 100π rad/s ta được biểu thức của từ thông qua khung dây là :

Φ = 0,05cos(100πt) (Wb).

Ví dụ 4: Một vòng dây dẫn phẳng có S = 5 cm² đặt trong từ trường đều B = 0,1 T. Mặt phẳng vòng dây hợp với  vecto cảm ứng B góc 30^o. Tính từ thông qua S.

Hướng dẫn giải:

S = 5 cm² = 5.10^-4 m²; B = 0,1 T

+ Mặt phẳng vòng dây hợp với vecto cảm ứng B  góc 30⁰

⇒ Góc giữa vevtơ pháp tuyến n hợp với vecto cảm ứng B  là α = 60^o

+ Từ thông qua vòng dây:

Φ = NBScos(ωt ) = 2,5.10^-5( Wb)

Ví dụ 5: Một khung dây hình vuông cạnh 5 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 8.10^-4 T. Từ thông qua hình vuông đó bằng 10^-6 Wb. Tính góc hợp giữa véc tơ cảm ứng từ và véc tơ pháp tuyến của hình vuông đó.

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức: Φ = N.BS.cos α

Ta có : Φ = 10^-6 ( Wb)

N = 0,05 (m)

 B = 8.10^-4 T

Suy ra: cosα = 0,5 => α = 60⁰

Ví dụ 6: Một khung dây hình vuông, cạnh 4cm đặt trong từ trường đều, các đường sức xiên qua bề mặt và tạo với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây một góc 60^0, từ trường có cảm ứng từ B = ^2.10-5T. Hãy xác định từ thông xuyên qua khung dây nói trên.

Hướng dẫn giải: Áp dụng công thức tính từ thông

5. Hiện tượng cảm ứng điện từ:

5.1. Định luật:

Hiện tượng cảm ứng điện từ là sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch đó biến thiên. Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín là suất điện động cảm ứng.

Định luật

– Định luật cơ bản về cảm ứng điện từ: Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch xuất hiệu suất điện động cảm ứng.

– Định luật Lenz (Len-xơ): Dòng điện cảm ứng có chiều cao sao cho từ trường có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.

– Định luật Faraday: Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín,nó tỉ lệ với độ biến thiên từ thông qua mạch và tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian của sự biến thiên ấy (tức là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông)

5.2. Ứng dụng cảm ứng điện từ: 

Các thiết bị gia dụng

Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện được sử dụng trong các đồ dùng sử dụng hằng ngày của chúng ta như bếp từ, lò vi sóng, đèn huỳnh quang, quạt điện, tủ lạnh…

Sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong bếp từ

Bếp từ làm nóng nồi nấu bằng cảm ứng từ, thay vì dẫn nhiệt từ lửa, hay bộ phận làm nóng bằng điện, bởi dòng điện cảm ứng trực tiếp làm nóng dụng cụ nấu bếp, do đó, nhiệt độ có thể tăng lên rất nhanh.

Trong một bếp từ, một cuộn dây đồng được đặt dưới một vật liệu cách nhiệt (thường là mặt bếp bằng gốm thủy tinh), một dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộc dây đồng này.

Đèn huỳnh quang

Chấn lưu được sử dụng trong đèn huỳnh quang hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ. Khi đèn bật, xuất hiện điện áp cao trên 2 đầu đèn. Dòng điện qua đèn tạo thành ion tác động lên bột huỳnh quang làm đèn phát sáng.

Quạt điện

Quạt điện sử dụng động cơ điện – động cơ 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 Lo-ren-xơ (Lorentz).

Ngoài ra, hiện tượng cảm ứng điện từ cũng được ứng dụng cho rất nhiều thiết bị trong gia đình khác như: động cơ điện, loa, chuông cửa, máy xay, lò vi sóng,v.v…

Ứng dụng trong công nghiệp

Máy phát điện

Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ có thể kể đến là máy phát điện. Chúng sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra điện. Cấu tạo chính của máy phát điện là một cuộn dây trong từ trường. Cơ chế vận hành chính của máy phát điện là cuộn dây điện được quay trong từ trường với tốc độ không đổi sẽ tạo ra điện xoay chiều.

Tàu đệm từ

Tàu đệm từ là loại hình vận tải vận hành dẫn lái và di chuyển bởi lực từ hoặc lực điện từ. Nguyên lý tàu đệm từ dựa trên lực điện từ (sử dụng nam châm điện) theo hai cơ chế chính: cơ chế nâng và cơ chế đẩy.

Nhờ ứng dụng cảm ứng điện từ, tàu giảm được ma sát và có tốc độ đi nhanh hơn; giảm năng lượng tiêu tốn và ít tiếng ồn.

Ứng dụng trong y học

Trường điện từ đóng một vai trò quan trọng trong các thiết bị y tế tiên tiến như: máy chụp cộng hưởng từ (MRI); phương pháp điều trị tăng thân nhiệt cho bệnh ung thư, cấy ghép.