Cảm ứng điện từ là gì? Các định luật liên quan và ứng dụng

Cảm ứng điện từ là gì? Vào thời đại 4.0 như hiện nay, chắc hẳn chúng ta đã quá quen thuộc với công nghệ cảm ứng từ những chiếc điện thoại Smartphone. Vậy bạn có biết hiện tượng cảm ứng từ là gì chưa? Hãy cùng Thiết Bị Điện Goldsun tìm hiểu ngay sau đây nhé!

Cảm ứng điện từ là gì?

Cảm ứng điện từ là hiện tượng xảy ra khi từ thông qua mạch kín biến thiên (tăng hoặc giảm) từ đó sinh ra dòng điện. Dòng điện này có tên gọi là dòng điện cảm ứng.

Hiện tượng cảm ứng điện từ được xem là một trong những hiện tượng quan trọng trong vật lý; đã góp phần đưa văn minh nhân loại sang một giai đoạn mới – giai đoạn sử dụng năng lượng điện. Và hiện tượng cảm ứng điện từ được phát hiện bởi nhà vật lý Michael Faraday.

Hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra khi nào?

Từ định nghĩa hiện tượng cảm ứng điện từ là gì, nhiều bạn cũng băn khoăn về hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra khi nào?

Theo định luật, hiện tượng cảm ứng điện từ sẽ chỉ xảy ra trong khoảng thời gian mà từ thông qua mạch kín biến thiên.

Cách nhận biết sự xuất hiện dòng điện cảm ứng

Để biết dòng điện cảm ứng xuất hiện hay không, ta có thể dùng những cách sau:

• Ta sử dụng Ampe kế để nhận biết.
• Sử dụng nam châm thử để nhận biết.
• Hoặc có thể sử dụng bóng đèn để nhận biết.

 

Các định luật liên quan đến cảm ứng điện từ

Chúng ta sẽ có các định luật liên quan đến hiện tượng này bao gồm:

• Định luật cơ bản về cảm ứng điện từ: Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch xuất hiệu suất điện động cảm ứng.
• Định luật Lenz (Len-xơ): Dòng điện cảm ứng có chiều cao sao cho từ trường có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.
• Định luật Faraday: Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín,nó tỉ lệ với độ biến thiên từ thông qua mạch và tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian của sự biến thiên ấy (tức là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông).

Định luật cơ bản về cảm ứng điện từ

Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi mạch điện kín thì trong mạch điện kín sẽ xuất hiện suất điện động, như vậy suất điện động cảm ứng sinh ra do hiện tượng cảm ứng điện từ. “Suất điện động cảm ứng luôn luôn bằng về trị số, nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông gửi quan điện tích của mạch điện”.

Ðịnh luật Lenz

Ðồng thời với Michael Faraday, Heinrich Lenz cũng nghiên cứu hiện tượng cảm ứng điện từ và đã tìm ra định luật tổng quát giúp ta xác định chiều của dòng điện cảm ứng, gọi là định luật Lenz. Nội dung 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“.

Nếu  là dòng điện cảm ứng, có thể biểu diễn toán học như sau:

Φ = – B = – L.I

Ðiều này có nghĩa là khi từ thông qua mạch tăng lên, từ trường cảm ứng sinh ra có tác dụng chống lại sự tăng của từ thông: từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài. Nếu từ thông qua mạch giảm, từ trường cảm ứng (do dòng điện cảm ứng sinh ra nó) có tác dụng chống lại sự giảm của từ thông, lúc đó từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài.

Dưới đây, ta hãy vận dụng định luật đó để xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong trường hợp ở trên, Cực Bắc của thanh nam châm di chuyển vào trong lòng ống dây làm cho từ thông (gửi qua ống dây tăng lên.

Theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng phải sinh ra từ trường ngược chiều với từ trường của thanh nam châm để từ thông Fc sinh ra có tác dụng làm giảm sự tăng của là nguyên nhân sinh ra nó. Muốn vậy dòng điện cảm ứng phải có chiều như trên hình vẽ.

Bằng lý luận ta nhận thấy nếu dịch chuyển cực Bắc của thanh nam châm ra xa ống dây, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch sẽ có chiều ngược với chiều của dòng điện cảm ứng trong trường hợp trên.

Như vậy, theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng bao giờ cũng có tác dụng chống lại sự dịch chuyển của thanh nam châm. Do đó, để dịch chuyển thanh nam châm, ta phải tốn công. Chính công mà ta tốn được biến thành điện năng của dòng điện cảm ứng.

Thí nghiệm Faraday

Thí nghiệm của Faraday được miêu tả như sau: ta lấy một cuộn dây và mắc nối tiếp nó với một điện kế G thành một mạch kín. Phía trên ống dây đặt một thanh nam châm 2 cực Bắc – Nam. Thí nghiệm cho thấy:

• Nếu rút thanh nam châm ra, dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại
• Di chuyển thanh nam châm càng nhanh, cường độ dòng điện cảm ứng Ic càng lớn.
• Giữ thanh nam châm đứng yên so với ống dây, dòng điện cảm ứng sẽ bằng không.
• Nếu thay nam châm bằng một ống dây có dòng điện chạy qua, rồi tiến hành các thí nghiệm như trên, ta cũng có những kết quả tương tự.

Từ các thí nghiệm đó, Faraday đã rút ra những kết luận sau đây:

• Từ thông gửi qua mạch kín biến đổi theo thời gian là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó.
• Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mạch kín biến đổi.
• Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ 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 (vì trên hình ta thấy từ thông ở hai đầu nam châm bao giờ cũng lớn hơn ở vị trí giữa của nam châm).

Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ

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. Không chỉ vậy, nó còn tác động lớn đến các lĩnh vực khác như y tế, công nghiệp, không gian…

Thiết bị gia dụng

Điện từ đóng vai trò là nguyên tắc làm việc cơ bản; của rất nhiều thiết bị gia dụng như đèn, thiết bị nhà bếp, hệ thống điều hòa không khí, vv.

Bếp từ

Bếp từ làm nóng nồi nấu bằng cảm ứng từ; thay vì dẫn nhiệt từ lửa, hay bộ phận làm nóng bằng điện. Bởi dòng điện cảm ứng trực tiếp làm nóng dụng cụ nấu bếp; do đó, nhiệt độ có thể tăng lên rất nhanh.

Đèn huỳnh quang

Các hệ thống chiếu sáng sử dụng phổ biến là hệ thống chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang. Trong đèn huỳnh quang, chấn lưu được sử dụng dựa trên nguyên lý điện từ. Và tại thời điểm bật đèn; nó đã tạo ra một điện áp cao trên 2 đầu đèn là phóng điện qua đèn. Dòng điện khi qua đèn sẽ tạo thành ion giúp tác động lên bột huỳnh quang làm đèn phát sáng.

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.

Ứng dụng trong công nghiệp

Không chỉ được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện dân dụng. 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. Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể của hiện tượng này trong lĩnh vực công nghiệp.

Máy phát điện

Máy phát điện sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra điện. “Trái tim” của máy phát điện là một cuộn dây trong từ trường. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện; đó chính là cuộn dây điện được quay trong từ trường với tốc độ không đổi sẽ tạo ra điện xoay chiều.

Thay vì sử dụng một cuộn dây quay trong từ trường không đổi; có một cách khác để sử dụng cảm ứng điện từ đó chính là giữ cho cuộn dây đứng yên; và quay nam châm vĩnh cữu (cung cấp từ trường và từ thông) xung quanh cuộn dây.

Tàu điện từ

Hệ thống giao thông sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ được xem là một trong những công nghệ hiện đại. Tàu đệm từ về bản chất là việc sử dụng nam châm điện mạnh để tăng tốc độ của tàu lên một mức đáng kinh ngạc.

Hiện nay, ở Nhật Bản, nhiều đoàn tàu ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ được xây dựng, tốc độ của những đoàn tàu này vô cùng lớn, một số đoàn tàu thậm chí có tốc độ hơn 500 km/h.

Trong y học

Ngày nay, trường điện từ đóng một vai trò quan trọng trong các thiết bị y tế tiên tiến như; phương pháp điều trị tăng thân nhiệt cho bệnh ung thư; cấy ghép và chụp cộng hưởng từ (MRI).

Với những thông tin chia sẻ về hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? Thiết Bị Điện Goldsun hy vọng các bạn đã có thêm những thông tin hữu ích cho việc ứng dụng cảm ứng điện từ vào công việc cũng như đời sống nhé!