Cảm ứng điện từ là gì ? Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì ? Từ thông và các định luật cảm ứng điện từ. Ứng dụng của điện từ trường trong đời sống như thế nào ? Các định luật cơ bản về cảm ứng điện từ. Kiến thức vật lý cơ bản về cảm ứng điện từ. Công thức tính từ thông cần phải nhớ.
Trong chương trình vật lý ở THPT, chúng ta đã được học thế nào là từ thông, hiện tượng cảm ứng điện từ và các định luật Faraday. Tuy nhiên, phần lớn chúng ta lúc đó chỉ học thuộc lòng chứ chưa thật sự hiểu được ứng dụng của chúng trong đời sống. Bạn có bao giờ tự hỏi rằng từ thông được sử dụng trong thiết bị nào xung quanh chúng ta ? Cảm ứng điện từ sẽ được ứng dụng để chế tạo ra thiết bị gì ? Do đó, trong bài viết này tôi sẽ nhắc lại các kiến thức này và liên hệ với các ứng dụng thực tế trong cuộc sống. Hãy cùng tôi xem qua và trao đổi thêm nhé.
Bạn đang xem: Hiện tượng cảm ứng điện từ
Mục Lục Bài Viết
1. Khái niệm từ thông là gì ?
Trước tiên chúng ta cùng ôn lại kiến thức về từ thông nhé. Theo như chúng ta đã được học thì “Từ thông F qua một diện tích S, giới hạn bởi một vòng dây kín phẳng C, đặt trong từ trường có cảm ứng từ B là một đại lượng có biểu thức
Φ = B.S.cosα
Trong đó:
Φ: từ thông (Wb)B: từ trường (T)S: diện tích bề mặt (m2)α: là góc giữa hai véc tơ B và nDựa vào công thức trên chúng ta sẽ dễ dàng tính được từ thông nếu như biết các thông số như diện tích bề mặt, từ trường, góc alpha. Việc tính toán được từ thông sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về khái niệm và các ứng dụng của từ thông. Từ đó bạn sẽ biết được các thiết bị nào dễ sinh ra từ trường, điện trường.
Ngoài ra. từ thông trong tiếng anh là magnetic flux. Các bạn có thể tham khảo thêm một số website nước ngoài bằng tên tiếng anh của từ thông nhé.
2. Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì ?
Khi có sự biến đổi từ thông qua một mặt giới hạn của một mạch kín thì trong mạch kín xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một mạch kín khi có sự biến thiên của từ thông thì được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
Sau khi đọc qua khái niệm về cảm ứng điện từ thì chúng ta có thể hình dung được phần nào đó. Vậy làm cách nào để biết được sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng này ? Các bạn có thể nhận biết dòng điện cảm ứng bằng các cách đơn giản sau nhé:
Sử dụng đồng hồ VOM để đo dòng điệnDùng nam châm để nhận biết
Sử dụng bóng đèn để nhận biết
Việc nhận biết có cảm ứng từ rất quan trọng, chúng ta sẽ ứng dụng nó để tạo ra các thiết bị hoặc các ứng dụng hữu ích phục vụ cuộc sống. Qua phần này các bạn đã biết thêm khái niệm và cách nhận biết cảm ứng từ.
3. Các định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ
Liên quan đến hiện tượng cảm ứng điện từ, có nhiều nghiên cứu đã làm thực nghiệm và rút ra những kết luận mà trong đó phổ biến nhất vẫn là thí nghiệm của Faraday. Cụ thể thí nghiệm của ông gồm các nội dung sau:
♠ Thí nghiệm của Faraday về cảm ứng điện từ
Ông lấy một cuộn dây và mắc nối tiếp với một điện kế để tạo thành một mạch kín. Phía trên ống dây, ông đặt một nam châm 2 cực Nam – Bắc. Sau đó ông đã làm thí nghiệm và nhận thấy sự thay đổi như bên dưới:
Nếu rút thanh nam châm ra, dòng điện cảm ứng sẽ đổi chiềuNếu di chuyển thanh nam châm càng nhanh, cường độ dòng điện cảm ứng càng lớn
Nếu giữ thanh nam châm đứng yên, dòng điện cảm ứng bằng không
Nếu thay thế nam châm bằng một cuộn dây có dòng điện đi qua và làm các bước thí nghiệm như trên thì vẫn cho kết quả tương tự
Từ những thí nghiệm trên, Faraday đã rút ra những kết luận rằng:
Từ thông gửi qua mạch kín biến đổi theo thời gian là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đóDòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mạch kín biến đổi
Cường độ dòng điện cảm ứng tỷ 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.♠ Định luật Lenz về hiện tượng cảm ứng điện từ
Cùng thời với nhà khoa học Faraday có Heinrich Lenz cũng đã làm thí nghiệm và rút ra được định luật tổng quát giúp xác định chiều của dòng điện cảm ứng. Và các định luật này được đặt theo tên của ông. Định luật Lenz. Nội dung của định luật như sau:
Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó.
Điều này có nghĩa là khi từ thông qua mạch kín tăng thì từ trường cảm ứng sinh ra sẽ chống lại sự tăng của từ thông. Khi đó từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài và ngược lại.
Nếu sử dụng định luật Lenz vào thí nghiệm của Faraday thì chúng ta có thể rút ra nhận xét như sau: dòng điện cảm ứng bao giờ cũng có tác dụng chống lại sự dịch chuyển của thanh nam châm. Do đó để dịch chuyển được thanh nam châm thì ta phải tốn công nhất định và công này chính là điện năng của dòng điện cảm ứng.
♠ Các định luật cơ bản khác của hiện tượng cảm ứng điện từNgoài thí nghiệm của Faraday và định luật của Lenz thì còn định luật cơ bản khác liên quan đến cảm ứng điện từ. Định luật đó được phát biểu như sau:
Suất điện động cảm ứng luôn luôn bằng về trị số nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông gửi qua diện tích của mạch điện.
Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra do hiện tượng cảm ứng điện từ.
4. Current Transformer – Thiết bị ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ
Current Transformer hay còn gọi là bộ chuyển đổi dòng điện được sử dụng nhiều trong công nghiệp. Thiết bị này còn được gọi với tên khác là CT dòng. Đây là thiết bị ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để đo độ lớn của dòng điện chạy qua trong mạch.
Như hình trên, chúng ta có thể dễ dàng hình dung về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của CT dòng. Nếu đối chiếu với thí nghiệm của Faraday thì lúc thanh nâm châm được thay thế bằng cuộn dây có dòng điện đi qua ống. Do đó khi dòng điện chạy qua mạch càng lớn thì dòng điện cảm ứng càng lớn và ngược lại. Dựa vào nguyên lý này, các CT dòng sẽ điều chỉnh số vòng dây quấn sao cho thu được dòng điện ở ngõ ra theo yêu cầu. Một số loại CT dòng thường gặp như: 100/5A, 200/1A, 500/5A, 1000/5A, 1600/5A…
Ngoài ra trên thị trường hiện nay còn có một loại CT dòng được tích hợp thêm mạch chuyển đổi analog. Mục đích là để đổi tín hiệu 1A, 5A ở ngõ ra về dạng 4-20m
A. Đó chính là loại biến dòng analog ngõ ra 4-20m
A. Các loại biến dòng analog hay dùng như: 100A/4-20m
A, 300A/4-20m
A, 500A/4-20m
A….
5. Ampe kìm – Sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để đo dòng điện
Một thiết bị khác cũng ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ chính là Apme kìm. Có lẽ thiết bị này sẽ quen thuộc với chúng ta hơn. Ampe kìm là thiết bị để đo các thông số của điện như: điện áp, dòng điện, điện trở, tụ điện, đo ngắn mạch, đo tần số…. Chúng đo được cả điện AC và DC. Đối với các đồng hồ Apme kế thông thường, chúng ta rất khó khăn để đo dòng điện. Vì nguyên tắc đo dòng điện là phải đo nối tiếp. Còn đo điện áp thì đo song song. Do đó các nhà sản xuất đã ứng dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để tạo ra Ampe kìm.
Cũng tương tự như CT dòng, Ampe kìm cũng ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để đo dòng điện. Dựa vào hình trên, chúng ta có thể thấy nguyên lý làm việc của nó. Bên trong nó còn có các khối chức năng để tính toán và hiển thị số lên màn hình. Tuy nhiên chúng ta chỉ quan tâm nguyên lý hoạt động của nó. Khi sử dụng, chúng ta sẽ kẹp vào dây điện cần đo dòng. Khi đó bài toán sẽ quay trở lại giống như thí nghiệm mà Faraday đã thực hiện. Và dây điện sẽ thay thế cho thanh nam châm. Dòng điện chạy qua càng lớn thì số hiển thị trên màn hình lớn và ngược lại.
6. Các ứng dụng khác của cảm ứng điện từ trong đời sống
Sau khi hiểu hiện tượng cảm ứng điện từ là gì và cách sinh ra dòng điện cảm ứng. Các bạn có thể liên hệ với thực tế qua các thiết bị điện sử dụng trong nhà như: quạt máy, bếp từ, đèn huỳnh quang…. Các bạn có thể xem qua video minh họa bên dưới nhé.
Ngoài ra, hien tuong cam ung dien tu còn được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như: y tế, khoa học, công nghiệp. Một số ứng dụng cơ bản như: máy phát điện, tàu điện ngầm, máy chụp MRI, máy bơm…
Như vậy có thể nói rằng trong tất cả các lĩnh vực trong đời sống của chúng ta đều xuất phát từ những hiện tượng vật lý. Từ những kiến thức đã được học, các bạn có thể vận dụng vào cuộc sống. Hy vọng qua bài chia sẻ ngắn này sẽ giúp cho các bạn ôn lại kiến thức vật lý cơ bản và hiểu rõ hơn các ứng dụng thực tế của vật lý.
Bài viết này không thể tránh khỏi những sai sót, các bạn hãy để lại bình luận đóng góp bên dưới để chúng ta cùng trao đổi thêm nhé. Cảm ơn các bạn đã xem qua bài viết này.
Cảm ứng điện từ là một trong những hiện tượng vật lý quan trọng mà các em sẽ được học trong chương điện học ở Vật Lý THPT. Vậy hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? Công thức tính ra sao? Có những ứng dụng gì trong cuộc sống? Để củng cố các kiến thức này, các em hãy tham khảo bài viết dưới đây của ttgdtxphuquoc.edu.vn Education.
Từ thông là gì? Kí hiệu và đơn vị đo
Từ thông được định nghĩa là số đường sức từ đi qua một bề mặt kín. Ngoài ra, từ thông có thể được xem như một phép đo tổng số đường sức từ đi qua một diện tích bề mặt có kích thước bất kì và theo hướng bất kỳ liên quan đến hướng của từ trường.
Kí hiệu của từ thông: Φ (đọc là “phi”)Đơn vị của từ thông: Xét theo SI hay CGS, từ thông thường có 3 đơn vị đo .Đơn vị chuẩn quốc tế (SI): Weber (Wb)Đơn vị nền tảng: Votl – GiâyĐơn vị theo CGS: Maxwell
Công thức tính từ thông
Công thức tính từ thông qua 1 đường cong phẳng kín:
Φ = B.S.Cos(α)
Trong đó:
\begin{aligned}&\footnotesize\bull\text{Φ là độ lớn từ thông (đơn vị Wb).}\\&\footnotesize\bull\text{B là độ lớn cảm ứng từ (đơn vị T).}\\&\footnotesize\bull\text{S là diện tích bề mặt có đường sức từ đi qua (đơn vị }m^2).\\&\footnotesize\bull\text{α là góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ }\vec{B} \text{ và vectơ pháp tuyến }\vec{n}\text{ của mặt }\\&\footnotesize\text{phẳng tiết diện S.}\end{aligned}
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.
Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?
Dòng điện cảm ứng
Năm 1831, nhà Hóa học và Vật lý người Anh – Michael Faraday đã thí nghiệm và chứng minh được rằng từ trường có thể sinh ra dòng điện. Khi cho từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi thì trong mạch kín đó sẽ xuất hiện một dòng điện. Hiện tượng này chính là hiện tượng cảm ứng điện từ và dòng điện được sinh ra gọi là dòng điện cảm ứng.
Từ đó, ta có các định nghĩa:
Dòng điện cảm ứng là dòng điện xuất hiện khi có sự biến thiên từ thông qua mạch kín.Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng hình thành một suất điện động (điện áp) trên một vật dẫn khi vật dẫn đó được đặt trong một từ trường biến thiên.Suất điện động cảm ứng và định luật Faraday
Một mạch điện kín có dòng điện thì trong mạch phải tồn tại suất điện động, ta gọi suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng này là suất điện động cảm ứng.
Định luật Faraday: “Suất điện động cảm ứng thì tỉ lệ với độ biến thiên của từ thông gửi qua mạch và tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian diễn ra sự biến thiên ấy, nghĩa là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông.”
Trong đó:ec là suất điện động cảm ứng (V).ΔΦ = Φ2 – Φ1 là độ biến thiên từ thông (Wb).Δt là khoảng thời gian từ thông biến thiên (s).
Định luật Lenz về cảm ứng điện từ
Theo như thí nghiệm, ta thấy khi nam châm dịch chuyển lại gần ống dây thì từ trường của dòng điện cảm ứng trong ống dây như muốn ngăn cản nam châm lại gần nó. Ngược lại, khi nam dịch chuyển ra xa ống dây thì từ trường của dòng điện cảm ứng như muốn ngăn cản nam châm ra so nó hơn.
Thí nghiệm này cũng nói lên nội dung của định luật xác định chiều dòng điện cảm ứng – định luật Lenz (Len-xơ) phát hiện bởi nhà vật lý cùng thời với Faraday.
Định luật Lenz (Len-xơ) được phát biểu như sau “Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín”.
Ứng dụng của cảm ứng điện từ trong cuộc sống
Cảm ứng điện từ được ứng dụng vào với đời sống và nhiều lĩnh vực khác như y tế, công nghiệp, không gian,… phục vụ hữu ích trong cuộc sống con người.
Hiện tượng này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện gia dụng như bếp từ, quạt điện, đèn huỳnh quang, chuông cửa, lò vi sóng,..
