Trong cuộc sống ngày nay, đi đâu chúng ta cũng thấy có sự xuất hiện của cảm ứng từ. Để hiểu rõ hơn về cảm ứng từ, công thức xác định cảm ứng từ cũng như ứng dụng thực tế của chúng, thì mời các bạn theo dõi bài viết dưới đây.
Mục lục bài viết
1. Ai là người phát hiện ra định luật cảm ứng từ?
-Michael Faraday (1791 – 1867) là một nhà n=khoa học, nhà vật lí học thành công trong việc khám phá ra sự tương tác giữa điện và từ làm nền tảng cho các nguyên lý cảm ứng điện từ và quay điện từ. Cả hai nghiên cứu của ông đều đóng vai trò thiết yếu trong công nghệ ghi từ tính và động cơ điện ở trung tâm của hệ thống lưu trữ dữ liệu hiện đại. Đơn vị đo điện dung, Fa-ra (ký hiệu là F), được đặt theo tên của Michael Faraday để vinh danh ông cùng những nghiên cứu khoa học của ông.
– Faraday đã mô tả kết quả thí nghiệm của ông trước Hiệp hội Hoàng gia ở London, Anh vào năm 1831. Trong một loạt bài giảng của ông về vấn đề chứng minh việc tạo ra “dòng điện bằng nam châm thông thường”. Ông đã sử dụng một cục pin lỏng để truyền một dòng điện qua một cuộn dây nhỏ. Khi nó được di chuyển vào hoặc ra khỏi một cuộn dây lớn hơn, từ trường của nó tạo ra một điện áp nhất thời trong cuộn dây nhỏ và được điện kế phát hiện. Sau này, nhà khoa học Maxwell đã phát triển và hoàn thiện định luật về cảm ứng từ của Faraday qua việc biểu thị khía cạnh biến thiên theo thời gian của cảm ứng điện từ dưới dạng một phương trình vi phân được gọi là Định luật Faraday.
– Mặc dù Faraday là người đầu tiên công bố công trình nghiên cứu của mình nhưng thực chất nhà khoa học người Mỹ Joseph Henry (1797–1878) đã độc lập thực hiện khám phá tương tự vào năm 1832. Henry từng là Thư ký đầu tiên của Viện Smithsonian. Đơn vị của độ tự cảm, henry (H), được đặt tên để vinh danh ông.
2. Cảm ứng từ và công thức của cảm ứng từ:
2.1. Định nghĩa cảm ứng từ:
– Trong vật lý, cảm ứng từ là một đại lượng có hướng dùng để đo lường mức độ trong từ trường. Cảm ứng từ ở một điểm trong từ trường được ký hiệu bằng B, đại diện thể hiện độ mạnh yếu của từ trường đó, hướng của từ trường và tác dụng của lực từ. Để xác định giá trị của cảm ứng từ, người ta thường đo bằng thương của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện và tích của cường độ dòng điện cùng chiều dài sợi dây.
– Vector của cảm ứng từ tại một điểm có ký hiệu là B ( với dấu → ở trên đầu chữ B) có phương tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó. Đế có thể xác định chiều vector thì người ta thường xác định từ cực Nam sang cực Bắc của nam châm tại điểm đó.
– Để xác định giá trị của cảm ứng từ, người ta sử dụng công thức sau:
B = F / (I * L)
– Theo đó:
T là đơn vị đo cảm ứng điện từ (Tesla). Trong đó, 1T là độ lớn của cảm ứng từ được đặt trên mặt phẳng có diện tích 1m2.
F: là lực từ tác dụng lên dây dẫn (đơn vị Newton – N)
I: là cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn (Đơn vị Ampe – A)
L: thể hiện chiều dài đoạn dây dẫn mang dòng điện (Đơn vị mét – m)
2.2. Hiện tượng cảm ứng điện từ:
– Trong môi trường điện từ, khi xuất hiện dòng điện cảm ứng từ mạch kín (CC) biến thiên đó là hiện tượng cảm ứng điện từ là.
– Trong cảm ứng điện từ, luôn có một nguyên tắc xác định cơ bản đó là: “Cảm ứng từ luôn có suất điện động cảm ứng bằng với giá trị, tuy nhiên sẽ ngược dấu với tốc độ biến thiên của từ thông”. Trong đó, suất điện động là dòng điện cảm ứng sinh ra trong mạch điện do hiện tượng cảm ứng điện từ.
2.3. Công thức tính cảm ứng từ:
– Hiện nay, có 3 công thức tính cảm ứng từ dựa trên quy tắc nắm bàn tay phải được giải thích bằng lời sau: “Đầu tiên, ta nắm bàn tay phải sau đó đặt hướng sao cho bốn ngón tay hướng theo đường sức từ. Trong lòng ống dây thì ngón cái chĩa ra hướng chỉ chiều của chiều dòng điện chạy qua các vòng dây”.
– Kiếu công thức 1 có từ trường có dòng điện thẳng theo chu kỳ liên tục biểu thị bằng công thức:
BM= 2. 10-7 . I/RM
Theo đó,
BM là từ trường tại điểm m.
RM là chiều dài dây dẫn từ điểm m đến dây dẫn
I cường độ dòng điện đi qua cuộn dây dẫn.
– Kiểu công thức 2: có từ trường có dòng điện tròn biểu thị bằng công thức:
BO = 2π.10-7 . I/R
Theo đó,
BO: cảm ứng từ của điểm O.
I: cường độ dòng điện đi qua cuộn dây quấn.
R: bán kính.
– Kiểu công thức 3 có từ trường chạy trong ống dây dẫn biểu thị bằng công thức:
B = 4π*10-7 * I*N/R = 4π10-7 * nI
Trong đó:
N là số vòng dây trong ống dẫn.
n là số vòng dây quấn trên một đơn vị độ dài của lõi
R là chiều dài ống dây dẫn
3. Các ứng dụng thực tế của cảm ứng từ trong đời sống:
-Trong đời sống sản xuất và sinh hoạt, cảm ứng điện từ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực quan trọng, cụ thể:
– Trong công nghệ sản xuất đèn điện: Chấn lưu được sử dụng trong đèn huỳnh quang dựa trên nguyên lý điện từ, tạo nên điện áp cao giữa 2 đầu bóng và các ion phóng qua tác động lên bột huỳnh quang. Từ đó, tạo nên đèn huỳnh quang. Hay trong các thiết bị động cơ điện, người ta sử dụng cảm ứng từ để tạo ra dòng xoay chiều
– Cảm ứng từ được sử dụng trong y học: qua các phương pháp điều trị như cấy ghép, chụp cộng hưởng từ (MRI), điều trị tăng thân nhiệt cho bệnh nhân ung thư.
– Ứng dụng trọng việc vận hành sản xuất xe điện đồng cực từ tính: Các kỹ sư sẽ sử dụng nam châm điện để tăng tốc độ của tàu điện.
4. Các bài tập vận dụng:
Bài tập 1:Cho một thanh nam châm đặt thẳng với khoảng cách gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây nếu đưa nam châm lại gần khung dây:
A. Dòng điện sẽ theo chiều từ A đến B.
B. Dòng điện theo chiều từ B đến A.
C. Không xuất hiện dòng điện cảm ứng.
D. Không xác định được chiều dòng điện cảm ứng.
Hướng dẫn lời giải: Trường hợp nam châm được đưa đến gần khung dây, từ thông qua khung dây tăng, xuât hiện dòng điện cảm ứng trong khung dây tạo nên từ trường cảm ứng có hướng ngược với hướng của từ trường ngoài (điều này kiềm chế sự tăng của từ thông qua khung dây) nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ B đến A. (xác định theo quy tắc bàn tay phải).
Đáp án: B
Bài tập 2: Một hệ thống được mô tả bằng hình vẽ dưới đây. Nếu nam châm đi lên thì chiều dòng điện cảm ứng từ trong vòng dây được xác định như thế nào? Lúc đó, vòng dây sẽ chuyển động như thế nào?
A. Dòng điện cảm ứng có hướng thuận chiều kim đồng hồ và vòng dây chuyển động xuống dưới.
B. Dòng điện cảm ứng có chiều ngược hướng kim đồng hồ và vòng dây chuyển động lên trên.
C. Dòng điện cảm ứng có hướng thuận chiều kim đồng hồ và vòng dây chuyển động lên trên.
D. Dòng điện cảm ứng có hướng ngược chiều kim đồng hồ và vòng dây chuyển động xuống dưới.
Hướng dẫn lời giải: Nam châm sinh ra từ trường sẽ có chiều từ Nam sang Bắc (chiều từ trên xuống dưới).
– Nam châm di chuyển xa dần thì từ trường cảm ứng B(c) do khung dây sinh ra có hướng thuận chiều với từ trường B của nam châm từ trên xuống.
– Sử dụng quy tắc nắm bàn tay phải, ta có chiều dòng điện cảm ứng được biểu diễn như hình.
– Cảm ứng từ trong vòng dây tạo ra có chiều đi vào hướng Nam và xoay ra hướng Bắc. Tuy nhiên, do hướng mặt Nam của khung dây đối diện với hướng bắc của nam châm nên chúng sẽ hút nhau vì thế nên vòng dây sẽ chuyển động lên trên.
Đáp án: C
