Hiện tượng cảm ứng điện từ là một hiện tượng cực kỳ hữu ích với rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Điện từ đã tạo ra một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật. Cùng tìm hiểu về hiện tượng cảm ứng điện từ, lý thuyết, bài tập và ứng dụng của định luật nào này trong bài viết dưới đây?
Contents
Hiện tượng cảm ứng từ là gì?
Khi có sự biến đổi từ thông qua một mặt giới hạn bởi một mạch kín (vd: khung dây kín có diện tích S) thì trong mạch kín xuất hiện một dòng điện cảm ứng.
Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một mạch kín khi có sự biến thiên từ thông qua mạch kín này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ
Từ thông
– Từ thông: Đại lượng diễn tả số lượng đường sức từ xuyên qua một vòng dây kín (C) ( diện tích S).
– Ý nghĩa của từ thông: Từ thông qua diện tích S bằng số đường sức từ qua diện tích S được đặt vuông góc với đường sức.
– Đơn vị: Vê-be (Wb).
Công thức từ thông
Từ thông (Φ) gọi là phi là đại lượng được định nghĩa bằng công thức:
Φ = B.S.Cos(α)
Trong đó:
- Φ là độ lớn từ thông (đơn vị Wb)
- B là độ lớn cảm ứng từ (T)
- S là diện tích bề mặt có đường sức từ đi qua (m2)
- α là góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ B và vectơ pháp tuyến n của mặt phẳng tiết diện S
Xác định chiều dòng điện cảm ứng bằng định luật Len-xơ:
Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông ba đầu qua mạch kín đó.
Suất điện động cảm ứng
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.”
Công thức tính suất điện động cảm ứng:
- Độ lớn của ec:
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).
Chú ý: Nếu từ trường từ B1 đến B2 thì:
Nếu diện tích vòng dây thay đổi từ S1 đến S2 thì :
Nếu góc xoay thay đổi từ α1 đến α2 thì:
Cường độ dòng điện cảm ứng qua mạch kín:
với R là điện trở khung dây
Ứng dụng cảm ứng từ
Hiện tượng cảm ứng điện tử thường được ứng dụng làm thiết bị gia dụng cũng như các ứng dụng trong công nghiệp. Điển hình như bếp từ, quạt điện, đèn huỳnh quang, lò vi sóng, máy xay, lò nướng, chuông cửa, loa,… Một số ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ vào cuộc sống.
Trong thiết bị gia dụng
Điện từ có vai trò là nguyên tắc cơ bản đối với các thiết bị gia dụng như đèn, thiết bị nhà bếp, hệ thống điều hòa không khí,…
Quạt điện: Các hệ thống làm mát nói chung hay quạt điện nói riêng đều sử dụng động cơ điện. Những động cơ này về bản chất hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Với bất kỳ thiết bị điện nào, động cơ điện đều hoạt động bởi từ trường được tạo ra bởi dòng điện theo nguyên lý lực Lorentz.
Bếp từ: Thay vì dẫn nhiệt từ lửa như bếp ga hay sử dụng bộ phận làm nóng bằng điện, sản phẩm về bếp từ đã làm nóng nồi nấu bằng cảm ứng từ.
Trong công nghiệp
Hiện tượng cảm ứng điện từ còn được con người sử dụng vào hoạt động sản xuất công nghiệp, thậm chí còn được sử dụng vào lĩnh vực y học để chữa bệnh cho con người:
Máy phát điện
Máy phát điện sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra điện. “Trái tim” của máy phát điện bản chất chính là một cuộn dây trong từ trường. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đó chính là cuộn dây điện khi được quay trong từ trường với tốc độ không đổi sẽ tạo ra điện xoay chiều.
Trong y học
Có thể thấy, trường điện từ đóng một vai trò quan trọng trong các thiết bị y tế tiên tiến. Điển hình như phương pháp điều trị tăng thân nhiệt cho bệnh ung thư, cấy ghép hay chụp cộng hưởng từ (MRI).
Bài tập
Bài 1:
Một khung dây hình vuông cạnh 5cm được đặt trong từ trường đều, B = 0,01 T. Đường sức từ vuông góc với mặt khung. Quay khung cho mặt phẳng khung song song với các đường sức từ. Độ biến thiên từ thông bằng bao nhiêu?
*Trả lời:
Từ thông qua khung Φ = NBScos α
=>Độ biến thiên từ thông qua khung:
ΔΦ = NBS.Δcos(α) = 0,01.(0,05.0,05).(cos90° – cos0°) = -25.106 Wb
Bài 2:
Một khung dây phẳng diện tích 20 cm2, gồm 10 vòng được đặt trong từ trường đều. Vectơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng khung dây góc 30° và có độ lớn bằng 2.10-4 T. Người ta làm cho từ trường giảm đều đến 0 trong thời gian 0,01 s. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi.
*Trả lời:
Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi là:
Bài 3
Một ống dây hình trụ dài gồm N = 1000 vòng dây, diện tích mỗi vòng dây S = 100 cm2. Ống dây có R = 16 Ω, hai đầu nối đoản mạch và được đặt trong từ trường đều: vectơ cảm ứng từ B→ song song với trục của hình trụ và độ lớn tăng đều 0,04 T/s. Tính công suất tỏa nhiệt trong ống dây
*Trả lời:
+ Từ thông qua ống dây: Φ = NBScos0° = NBS
+ Tốc độ biến thiên từ thông:
+ Độ lớn suất điện động trong khung dây:
+ Dòng điện cảm ứng trong ống dây:
+ Công suất tỏa nhiệt trên R:
Trên đây là một số thông tin và kiến thức cơ bản về cảm ứng điện từ là gì? Hy vọng nó sẽ cần thiết cho những bạn đang cần tìm hiểu, vì là kiến thức cá nhân và thu thập được trên các trang mạng nên không thể tránh khỏi sai sót, rất mong được sự đóng góp của các bạn để bài viết được hoàn hảo hơn.
