Công thức từ thông, cảm ứng điện từ
|
Từ thông cảm ứng điện từ – Lý thuyết từ thông, cảm ứng điện từ. I. TỪ THÔNG Show
I. TỪ THÔNG 1. Định nghĩa Giả sử một đường cong phẳng kín (C) là chu vi giới hạn một mặt có diện tích S (giả thiết là phẳng) (Hình 23.1). Mặt đó được đặt trong một từ trường đều \(\vec{B}\). Trên đường vuông góc với mặt phẳng S, ta vẽ vectơ \(\vec{n}\) có độ dài bằng đơn vị theo một hướng xác định (tùy ý chọn), \(\vec{n}\) được gọi là vectơ pháp tuyến dương. Gọi a là góc tạo bởi \(\vec{n}\) và \(\vec{B}\), người ta định nghĩa từ thông qua mặt S là đại lượng, kí hiệu Φ, cho bởi: Φ = BS cosα  Công thức định nghĩa trên đây chứng tỏ rằng từ thông là một đại lượng đại số. Khi chọn α nhọn (cosα > 0) thì Φ > 0 và khi α tù (cosα <0) thì Φ < 0 . Đặc biệt khi α = 900 (cosα = 0) thì Φ = 0. Nói cách khác khi các đường sức từ song song với mặt phẳng S thì từ thông qua S bằng 0. Trường hợp riêng khi α = 0 thì: Φ = BS 2. Đơn vị đo từ thông Trong hệ SI, đơn vị đo từ thông là veebe (Wb). Trong công thức nếu S = 1m2 B = 1T thì Φ = 1Wb + Từ thông là một đại lượng đại số, dấu của từ thông phụ thuộc vào việc chọn chiều của \(\vec{n}\). Thông thường chọn \(\vec{n}\) sao cho α là góc nhọn, lúc đó Φ là một đại lượng dương. II. HIÊN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 1. Thí nghiệm + Thí nghiệm 1: Thí nghiệm gồm một nam châm và một ống dây có mắc một điện kế nhạy để phát triển dòng điện trong ống dây. Khi ống dây và nam châm đứng yên thì trong ống dây không có dòng điện. Khi ống dây và nam châm chuyển động tương đối với nhau thì trong thời gian chuyển động, trong ống dây có dòng điện. Thí nghiệm cho biết từ trường không sinh ra dòng điện. Nhưng khi số đường sức từ qua ống dây thay đổi thì có dòng điện qua ống dây. + Thí nghiêm 2: Thí ngiệm gồm mạch điện có một cuộn dây được lồng trong vòng dây có kim điện kế. Khi đóng hoặc ngắt mạch điện hoặc dịch chuyển biến trở ( dòng điện trong mạch thay đổi) thì trong thời gian dòng điện trong mạch thay đổi, trong vòng dây có dòng điện chạy qua, tức là khi số đường sức từ xuyên qua ống dây biến đổi thì trong vòng dây xuất hiện dòng điện 2. Kết luận a) Tất cả các thí nghiệm trên đây đều có một đặc điểm chung là từ thông qua mạch kín (C) biến thiên b) Kết quả của các thí nghiệm ấy và của nhiều thí nghiệm tương tự khác chứng tỏ rằng: – Mỗi khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch kín (C) xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong (C) gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. – Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên. III.ĐỊNH LUẬT LEN – XƠ VỀ CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG 1. Ta hãy khảo sát quy luật xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một mạch kín khi từ thông qua mạch kín ấy biến thiên. Ta quy ước chiều dương trên (C) phù hợp với chiều của đường sức từ của nam châm (hoặc ống dây điện) qua (C) theo quy tắc nắm tay phải ở trên Ở thí nghiệm Hình 23.3a, từ thông qua (C) tăng: Dòng điện cảm ứng i trong mạch kín (C) có chiều ngược với chiều dương tren (C) Ở thí nghiệm Hình 23.3b, từ thông qua (C) giảm: Dòng điện cảm ứng i trong mạch kín (C) có chiều trùng với chiều dương trên (C). 2. Để dễ dàng so sánh, ta chú ý rằng khi dòng điện cảm ứng xuất hiện thì cũng sinh ra từ trường, gọi là từ trường cảm ứng. Cần phân biệt từ trường cảm ứng với từ trường của nam châm hay nam châm điện – được gọi là từ trường ban đầu. Chiều của từ trường cảm ứng và chiều dòng điện cảm ứng liên quan chặt chẽ với nhau. 3. Quá trình phân tích các kết quả thí nghiệm mô tả trên hình 23.3 và các thí nghiệm tương tự dẫn tới kết luận sau: Nếu xét các đường sức từ đi qua mạch kín, từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ban đầu khi từ thông qua mạch kín tăng và cùng chiều với từ trường ban đầu khi từ thông qua mạch kín giảm. Nói cách khác: 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. Phát biểu trên là nội dung của định luật Len – Xơ, nó cho phép ta xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín. 4. Trường hợp từ thông qua (C) biến thiên do chuyển động Khi từ thông qua (C) biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên. IV. DÒNG ĐIỆN FU – CÔ (FOUCAULT) Thực nghiệm chứng tỏ rằng dòng điện cảm ứng cũng xuất hiện trong các khối kim loại khi những khối này chuyển động trong một từ trường hoặc được đặt trong một từ trường biến thiên theo thời gian. Những dòng điện cảm ứng đó được gọi là dòng điện Fu- cô. Dòng điện Fu- cô là dòng điện cảm ứng nên nó cũng chống lại chuyển động tương đối của khối kim loại và tác dụng nhiệt làm nóng khối kim loại đó. Dòng Fu – co có thể gây tác dụng có hại ( chẳng hạn, làm nóng máy biến áp) hoặc có lợi ( chẳng hạn, ứng dụng trong bộ phận phanh điện từ của một số ô tô, hoặc dùng để đốt nóng kim loại trong một số lò tôi kim loại).
Thực tế cho thấy, các nghiên cứu vật lý được vận dụng phổ biến trong khối ngành kỹ thuật, làm nền móng cho nhiều sản phẩm công nghệ ra đời. Trong đó, từ thông là một hiện tượng vật lý được ứng dụng tạo nền tảng cho công nghệ động cơ điện. Để tìm hiểu kỹ hơn Từ thông là gì? Mời quý bạn đọc theo dõi bài viết dưới đây của chúng tôi. Từ thông là gì?Từ thông là một hiện tượng vật lý được tìm ra bởi nhà vật lý học và hóa học người Anh, tên là Michael Faraday. Từ thông hay còn được gọi là thông lượng từ trường, là một đại lượng đo lượng từ trường qua một diện tích được giới hạn bởi một vòng dây kín. Từ thông được ký hiệu bằng ký tự Φ (đọc là “phi”). Và Φ chính là chữ cái số 21 trong bảng chữ cái bằng tiếng Hy Lạp. Như vậy, bạn đọc đã nắm được cơ bản từ thông là gì? Để tìm hiểu kỹ hơn, mời theo dõi các nội dung tiếp theo. Đơn vị từ thôngTùy theo hệ quy chuẩn khác nhau, từ thông sẽ có các đơn vị khác nhau. Trong hệ tiêu chuẩn SI, đơn vị của từ thông là Weber (viết tắt là Wb) – đọc là “vê be”. Còn theo hệ tiêu chuẩn CGS, đơn vị của từ thông là Maxwell. Công thức tính từ thôngGiả sử một đường cong phẳng kín (C) là chu vi giới hạn một mặt có diện tích S (giả thiết là phẳng) (Hình 23.1). Mặt đó được đặt trong một từ trường đều ⃗BB→. Trên đường vuông góc với mặt phẳng S, ta vẽ vectơ ⃗nn→ có độ dài bằng đơn vị theo một hướng xác định (tùy ý chọn), ⃗nn→ được gọi là vectơ pháp tuyến dương. Gọi a là góc tạo bởi ⃗nn→ và ⃗BB→, người ta định nghĩa từ thông qua mặt S là đại lượng, kí hiệu Φ, cho bởi: Φ = BS cosα Từ công thức định nghĩa, thấy được rằng từ thông là một đại lượng đại số. Giá trị từ thông thay đổi tùy thuộc vào góc α, cụ thể: +Khi chọn α nhọn (cosα > 0) thì Φ > 0; + Khi α tù (cosα <0) thì Φ < 0. + Khi α = 900 (cosα = 0) thì Φ = 0. Nói cách khác khi các đường sức từ song song với mặt phẳng S thì từ thông qua S bằng 0. Trường hợp riêng khi α = 0 thì: Φ = BS Do đó, trên cơ sở định nghĩa, từ thông được tính theo công thức sau: Φ = N . B . Scosα Trong đó: Φ chính là đơn vị từ thông được sinh ra từ hiện tượng cảm ứng N: Tổng số vòng dây quấn tạo nên khung dây B: hiện diện cho các dòng cảm ứng từ S: Diện tích hay còn gọi là độ rộng để từ thông xuyên qua α là góc được tạo ta bắt nguồn từ 2 vecto pháp tuyến của khung dây và cảm ứng từ ( n⃗ và B⃗ ) Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng từ thông qua mạch kín biến thiên, khi đó xuất hiện dòng điện. Dòng điện này được gọi là dòng điện cảm ứng. Như vậy, hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín có biến thiên. Hay nói cách khác là hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ xuất hiện khi có sự tăng hoặc giảm của từ thông trong mạch kín. Từ thông và hiện tượng cảm ứng điện từ là những hiện tượng vật lý được ứng dụng rất phổ biến trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày. Để tìm hiểu về ứng dụng của từ thông, hiện tượng cảm ứng điện từ, hãy tiếp tục theo dõi bài viết Từ thông là gì. Ứng dụng của từ thông trong đời sốngBếp từ và quạt điện là hai vật dụng không thể thiếu trong đời sống hàng ngày, đây cũng chính là minh chứng cho ứng dụng của từ thông trong đời sống. Bếp từ Bếp từ hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ. Bếp từ được cấu tạo bởi một cuộn dây được đặt dưới một vật liệu cách nhiệt, thường là bằng gốm thủy tinh. Cuộn dây này sẽ có từ trường biến thiên tần số cao có thể thay đổi được. Khi cắm điện bếp từ, một dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộn dây đồng và sinh ra từ trường biến thiên. Khi đặt nồi lên bếp, đáy nồi sẽ bị nhiễm từ và sinh ra dòng điện Fu – cô, gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt và làm nóng đáy nồi. Quạt điện Quạt điện cũng là một ví dụ điển hình hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ. Trong đó, dòng điện biến đổi thành từ trường và làm quay động cơ, cánh quạt. Ứng dụng của từ thông trong công nghiệpTrong công nghiệp, từ thông được vận dụng phổ biển để tạo ra các động cơ điện, cụ thể như sau: – Chế tạo máy phát điện. Máy phát điện cấu tạo bởi các dây dẫn điện được quấn trên một lõi sắt và một nam châm vĩnh cửu. Dòng điện Fu-cô chạy trong kim loại chuyển cơ năng thành năng lượng của dòng điện. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là động cơ tua bin hơi, tua bin nước, tua bin gió; động cơ đốt trong và các nguồn cơ năng khác. – Máy biến dòng là thiết bị chuyên dùng để biến đổi dòng điện có giá trị cao sang dòng chuẩn 5A hoặc 10A, có tác dụng tránh tình trạng chập cháy hoặc sự tăng giảm đột ngột của dòng điện gây hưu hỏng thiết bị. – Máy biến điện là một thiết bị thay đổi năng lượng điện xoay chiều ở một cấp điện áp sang cấp khác, thông qua hoạt động của từ trường. Đây là một ứng dụng quan trọng của cảm ứng điện từ. Ngoài các ứng dụng nêu trên, từ thông hoặc cảm ứng điện từ còn được ứng dụng trong nhiều động cơ điện khác. Qua bài viết Từ thông là gì, quý bạn đọc đã có được những thông tin cơ bản về định nghĩa từ thông, đơn vị tính và công thức tính từ thông. Từ đó, thấy được từ thông, cảm ứng điện từ được vận dụng phổ biến để tạo thành các động cơ điện. Chúng tôi mong rằng, các thông tin mà chúng tôi cung cấp sẽ hữu ích với quý bạn đọc. Cảm ơn đã theo dõi bài viết của chúng tôi. |
