Đơn vị Tesla là gì? Định nghĩa đơn vị cảm ứng từ Tesla?

1. Đơn vị Tesla là gì?

1.1. Định nghĩa về đơn vị Tesla:

Đơn vị Tesla (ký hiệu T) là đơn vị dẫn xuất của cảm ứng từ (cũng là mật độ từ thông) trong Hệ thống đơn vị quốc tế (SI). Đơn vị này được đặt tên theo nhà bác học Nikola Tesla, người đã có nhiều đóng góp cho lĩnh vực điện từ học. Một Tesla tương đương với một weber trên một mét vuông, hay một newton trên một ampe mét.  

Một tesla là độ lớn cảm ứng từ của vòng dây dẫn kín có diện tích mặt phẳng chắn được bên trong là 1 mét vuông khi giảm từ thông xuống 0 trong vòng một giây thì gây ra suất điện động 1 vôn.  

Một tesla có thể được quy đổi sang các đơn vị khác như sau:

1 T = 1 V s/m2 = 1 N/A m = 1 Wb/m2 = 1 kg/A s2

Trong vật lý lý thuyết và vật lý địa, người ta thường sử dụng các tiền tố kết hợp với đơn vị tesla để biểu diễn các giá trị nhỏ hơn hoặc lớn hơn. Ví dụ, một gauss (Gs) bằng 10-4 tesla, một gamma (γ) bằng 10-9 tesla hay một nanotesla (nT).  

Đơn vị Tesla thường được sử dụng trong các lĩnh vực như vật lý, điện học, và kỹ thuật điện. Nó được sử dụng để đo lường từ trường từ các nam châm, cuộn dây, và các thiết bị điện tử khác.

Ngoài đơn vị chính Tesla, các đơn vị nhỏ hơn như microTesla (µT) và milliTesla (mT) cũng thường được sử dụng để đo lường các giá trị từ trường nhỏ hơn. Ví dụ, 1 microTesla tương đương với 0,000001 Tesla và 1 milliTesla tương đương với 0,001 Tesla.

1.2. Tesla và Gauss khác nhau như thế nào?

Tesla (T) và Gauss (G) là hai đơn vị đo lường mật độ từ trường. Chúng khác nhau về tỷ lệ chuyển đổi và phạm vi đo lường như sau:

– Tỷ lệ chuyển đổi:

+ 1 Tesla (T) tương đương với 10,000 Gauss (G). Điều này có nghĩa là 1 Tesla bằng 10,000 Gauss.

+ 1 Gauss (G) tương đương với 0.0001 Tesla (T). Điều này có nghĩa là 1 Gauss bằng 0.0001 Tesla.

– Phạm vi đo lường:

+ Tesla (T) là đơn vị chính được sử dụng trong hệ SI (Hệ đo lường quốc tế) để đo lường mật độ từ trường. Nó thường được sử dụng trong các lĩnh vực như vật lý, điện học và kỹ thuật điện.

+ Gauss (G) là một đơn vị đo lường từ trường được sử dụng rộng rãi trước khi Tesla trở thành đơn vị chính thức. Mặc dù nó không còn được sử dụng phổ biến, nhưng vẫn có thể thấy trong một số ngữ cảnh lịch sử và trong một số ứng dụng đặc biệt.

Nhìn chung, Tesla và Gauss là hai đơn vị đo lường mật độ từ trường và có tỷ lệ chuyển đổi nhất định. Tesla là đơn vị chính được sử dụng trong hệ SI, trong khi Gauss được sử dụng rộng rãi trong quá khứ và vẫn còn được sử dụng trong một số tình huống đặc biệt.

2. Đơn vị cảm ứng từ Tesla:

2.1. Cảm ứng từ là gì?

Cảm ứng từ là một đại lượng vật lý biểu thị sự tương tác giữa các dòng điện và các nam châm. Cảm ứng từ có thể được hiểu là mức độ bị ảnh hưởng của một trường từ lên không gian xung quanh nó. Nói cách khác, cảm ứng từ là đại lượng diễn tả độ mạnh, yếu và hướng của từ trường. Cảm ứng từ có đơn vị là Tesla (T), được đặt theo tên của nhà bác học Nikola Tesla. Cảm ứng từ cũng liên quan đến suất điện động, lực Lorentz và sự bảo toàn của từ thông. 

Cảm ứng từ có thể được đo bằng nhiều cách khác nhau, như bằng cách sử dụng nam châm, cuộn dây, cảm biến hay thiết bị đo lường chuyên dụng. Một số ví dụ về cường độ cảm ứng từ của các nguồn khác nhau là:

– Trái Đất: khoảng 30-60 microtesla (µT) tại bề mặt. 

– Nam châm vĩnh cửu: khoảng 0,1-1 tesla. 

– Nam châm điện: khoảng 1-2 tesla. 

– Nam châm siêu dẫn: lên đến hàng trăm tesla.

2.2. Đơn vị cảm ứng từ Tesla là gì?

Đơn vị cảm ứng từ Tesla là một đơn vị đo lường cường độ cảm ứng từ trong hệ thống đo lường quốc tế SI, được đặt theo tên của nhà phát minh vĩ đại người Mỹ Nikola Tesla (1856-1943). Đơn vị Tesla được định nghĩa là giá trị cảm ứng từ của vòng dây dẫn kín có tiết diện mặt phẳng bên trong là 1 mét vuông, khi điều chỉnh từ thông xuống mức 0 trong vòng một giây sẽ tạo ra suất điện động bằng 1 volt. 

Một Tesla bằng 10^4 Gauss, đơn vị cũ của cảm ứng từ. Các tiền tố kết hợp với đơn vị Tesla có thể là kilôtesla (kT), mêgatesla (MT), gigatesla (GT), nanotesla (nT), picotesla (pT) và các tiền tố khác theo quy tắc của hệ SI. Cảm ứng từ là một đại lượng quan trọng trong vật lý, liên quan đến hiện tượng cảm ứng điện từ, máy phát điện, bếp từ và nhiều thiết bị khác.

3. Công thức tính cảm ứng từ:

Cảm ứng từ có thể được tính bằng các công thức khác nhau tùy thuộc vào hình dạng và cường độ của dây dẫn và từ trường. Để tính cảm ứng từ của một từ trường, bạn cần biết hình dạng và cấu trúc của nguồn tạo ra từ trường, chẳng hạn như một dây dẫn điện hay một cuộn cảm. Bạn cũng cần biết cường độ dòng điện chạy qua nguồn và khoảng cách từ nguồn đến điểm bạn muốn tính cảm ứng từ. Sau đó, có thể sử dụng các công thức khác nhau để tính cảm ứng từ tùy thuộc vào trường hợp cụ thể. 

– Đối với một dây dẫn thẳng dài vô hạn, cảm ứng từ tại một điểm cách dây một khoảng r được tính bằng công thức: B = μ0I / (2πr). Công thức này có thể được giải thích bằng cách sử dụng quy tắc bàn tay phải để xác định hướng của từ trường xung quanh dây dẫn. Cảm ứng từ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện và tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ dây.

– Đối với một cuộn cảm hình trụ tròn dài, cảm ứng từ tại trung tâm của cuộn được tính bằng công thức: B = μ0KN2A / l. Công thức này có thể được giải thích bằng cách xem xét sự góp phần của từ trường từ mỗi vòng quấn của cuộn cảm. Cảm ứng từ tỉ lệ thuận với số vòng quấn và tiết diện của cuộn cảm, và tỉ lệ nghịch với chiều dài của cuộn cảm. Hệ số Nagaoka là một hệ số hiệu chỉnh để tính toán chính xác hơn ảnh hưởng của các vòng quấn lên nhau.

– Đối với một cuộn cảm quấn xoáy ốc trên mặt phẳng, cảm ứng từ tại trung tâm của cuộn được tính bằng công thức: B = r2N2 / (2r + 2.8d) × 105 . Công thức này có thể được giải thích bằng cách xem xét sự góp phần của từ trường từ mỗi vòng quấn của cuộn cảm. Cảm ứng từ tỉ lệ thuận với bình phương của bán kính và số vòng quấn, và tỉ lệ nghịch với tổng của hai lần bán kính và hai lần tám phần ba của độ dày của lớp quấn.

Trong các công thức trên, μ0 là độ từ thẩm của chân không, I là cường độ dòng điện, r là bán kính của cuộn cảm, N là số vòng quấn, A là tiết diện của cuộn cảm, l là chiều dài của cuộn cảm, d là độ dày của lớp quấn và K là hệ số Nagaoka.

So sánh các công thức:

– Tất cả các công thức đều có yếu tố chung là μ0, độ từ thẩm của chân không, cho thấy cảm ứng từ phụ thuộc vào môi trường không gian.

– Các công thức đều có yếu tố chung là I, cường độ dòng điện, cho thấy cảm ứng từ tỉ lệ thuận với dòng điện tạo ra từ trường.

– Các công thức đều có yếu tố liên quan đến kích thước của nguồn tạo ra từ trường, như r, A, l, d, N. Những yếu tố này cho thấy cảm ứng từ phụ thuộc vào hình dạng và cấu trúc của nguồn.

– Các công thức khác nhau có các hệ số khác nhau để phản ánh sự khác biệt về hình dạng và cấu trúc của nguồn. Ví dụ, hệ số 2π xuất hiện trong công thức cho dây dẫn thẳng để biểu diễn chu vi của một vòng tròn xung quanh dây. Hệ số Nagaoka xuất hiện trong công thức cho cuộn cảm hình trụ để biểu diễn ảnh hưởng của các vòng quấn lên nhau. Hệ số 2r + 2.8d xuất hiện trong công thức cho cuộn cảm quấn xoáy để biểu diễn đường kính của một vòng quấn.

4. Những ứng dụng của cảm ứng từ:

Cảm ứng từ có nhiều ứng dụng quan trọng trong khoa học và công nghệ, như:

– Tạo ra dòng điện xoay chiều bằng cách biến đổi cơ năng thành điện năng. Ví dụ, các máy phát điện xoay chiều sử dụng một nam châm hoặc một cuộn dây quay trong một từ trường để tạo ra suất điện động thay đổi theo chu kỳ.

– Phát hiện các vật thể kim loại tương tác với từ trường. Ví dụ, các cảm biến từ sử dụng một cuộn cảm để phát hiện sự thay đổi của từ trường khi có một vật thể kim loại gần đó.

– Tạo ra các thiết bị điều khiển từ xa hoặc không dây. Các thiết bị RFID (radio frequency identification) sử dụng cảm ứng từ để truyền và nhận thông tin giữa một thẻ và một đầu đọc.

– Bếp từ: So với việc dùng bếp gas thì các thiết bị bếp từ được đánh giá là an toàn và thân thiện với với sức khỏe con người hơn. Bếp từ hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng từ, khi có dòng điện chạy qua một cuộn dây, sẽ tạo ra một từ trường xoay chiều. Từ trường này sẽ cảm ứng lên nồi nấu có chất liệu từ tính, làm nóng nồi và thực phẩm bên trong.

– Đèn huỳnh quang: Đèn huỳnh quang là loại đèn sử dụng khí huỳnh quang để phát ra ánh sáng. Để khởi động đèn, cần có một suất điện động cao để tạo ra tia lửa điện trong ống đèn. Suất điện động này được cung cấp bởi một máy biến áp cảm ứng, hay còn gọi là khởi động cảm ứng.

– Máy phát điện: Máy phát điện là thiết bị biến đổi năng lượng cơ hoặc nhiệt thành năng lượng điện. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều là dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi cho một cuộn dây quay trong một từ trường, sẽ có một suất điện động xoay chiều được hình thành trên hai đầu cuộn dây.

– Các máy móc chữa bệnh: Cảm ứng từ cũng được ứng dụng trong y tế, như máy chụp MRI (Magnetic Resonance Imaging), máy chụp X-quang, máy kích thích não từ xa… Các thiết bị này sử dụng từ trường để tạo ra hình ảnh chi tiết của các cơ quan bên trong cơ thể người, hoặc kích thích các tế bào thần kinh để điều trị các bệnh như trầm cảm, Parkinson…

– Máy hút bụi công nghiệp: Máy hút bụi công nghiệp là loại máy hút bụi có công suất cao, được sử dụng trong các nhà máy, xưởng sản xuất, kho hàng… Máy hút bụi công nghiệp có thể hút được các loại bụi khác nhau, kể cả bụi kim loại. Để làm được điều này, máy hút bụi công nghiệp sử dụng một nam châm cảm ứng để thu hút các hạt kim loại nhỏ.