Từ thông là gì? Ứng dụng và công thức tính từ thông đơn giản

Từ thông là một thuật ngữ dược sử dụng trong môn vật lý, bởi vậy mà không phải ai cũng có thể hiểu chính xác thuật ngữ này. Đặc biệt đối với những người không thường xuyên sử dụng đến những kiến thức vật lý về Tư thông. Vì vậy, tại bài viết này chúng ta sẽ đi tìm hiểu về Tư thông.

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. Chúng còn được gọi là thông lượng từ trường, một đại lượng để đo lượng từ trường qua một diện tích được giới hạn bởi một vòng dây kín.

Từ thông có đơn vị được ký hiệu là Φ đọc là phi. Tương tự như các đại lượng vật lý khác thì từ thông cũng có đơn vị tính riêng của mình. Tùy theo hệ quy chuẩn mà từ thông có đơn vị khác nhau, ví dụ như:

• Trong hệ tiêu chuẩn SI thì từ thông có đơn vị là Wb (Weber).
• Trong hệ tiêu chuẩn CGS từ thông có đơn vị là Maxwell.
• Ngoài ra từ thông còn có đơn vị nền tảng là Volt – giây.

Từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc vào yếu tố nào?

Khi từ thông đi qua 1 diện tích S sẽ phụ thuộc vào 3 yếu tố như sau

• Diện tích S: diện tích càng lớn thì từ thông đi qua sẽ càng lớn.
• Cảm ứng từ B: Từ thông sẽ tỉ lệ thuận với cảm ứng từ vì cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh, yếu của từ trường mà từ thông lại là đại lượng đặc trưng cho từ trường.
• Độ lớn góc α: góc α được tạo thành bởi vector pháp tuyến n và đường cảm ứng B. Khi thay đổi độ lớn của góc α thì từ thông cũng sẽ thay đổi theo. Khi góc α là 45 độ thì từ thông sẽ có giá trị lớn nhất. Khi góc α là 0 độ thì từ thông sẽ không xuất hiện. Suy ra từ thông tỉ lệ thuận với độ lớn của góc α.

Công thức tính từ thông

Công thức tính từ thông qua khung dây

Công thức tính từ thông là Φ = N.B.S.cosα.

Trong đó:

• N là số vòng dây quấn xung quanh một tiết diện S. N càng lớn thì từ thông càng lớn vì có nhiều đường cảm ứng từ đi qua S.
• B là cảm ứng từ, hay độ mạnh của từ trường. B càng lớn thì từ thông càng lớn vì có nhiều đường sức từ đi qua S.
• S là diện tích của tiết diện S. S càng lớn thì từ thông càng lớn vì có nhiều không gian cho đường sức từ đi qua.
• α là góc tạo bởi véc tơ pháp tuyến của mặt S và véc tơ cảm ứng từ B. α càng nhỏ thì cosα càng lớn và từ thông càng lớn. Khi α = 0 độ, tức là B vuông góc với S, thì cosα = 1 và từ thông đạt giá trị lớn nhất. Khi α = 90 độ, tức là B song song với S, thì cosα = 0 và từ thông bằng 0.

Công thức này cho thấy từ thông phụ thuộc vào cả bốn yếu tố: N, B, S và α. Bạn có thể thay đổi bất kỳ yếu tố nào để làm biến thiên từ thông và tạo ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

Công thức tính từ thông cực đại

Từ thông cực đại là từ thông có giá trị lớn nhất khi góc α giữa véc tơ pháp tuyến của mặt S và véc tơ cảm ứng từ B bằng 0 độ hoặc 180 độ. Khi đó, B và S vuông góc với nhau và cosα = 1 hoặc -1.

Công thức tính từ thông cực đại là: Φ_max​=B.S

Trong đó:

• Φ_max là từ thông cực đại, có đơn vị là Wb
• B là cảm ứng từ, có đơn vị là T.
• S là diện tích của tiết diện S, có đơn vị là m2.

Công thức này cho thấy từ thông cực đại phụ thuộc vào hai yếu tố: B và S. B và S càng lớn thì từ thông cực đại càng lớn

Công thức tính từ thông cực tiểu

Từ thông cực tiểu là từ thông có giá trị nhỏ nhất khi góc α giữa véc tơ pháp tuyến của mặt S và véc tơ cảm ứng từ B bằng 90 độ. Khi đó, B và S song song với nhau và cosα = 0.

Công thức tính từ thông cực tiểu là: Φmin​=0

Trong đó:

• Φmin là từ thông cực tiểu, có đơn vị là Wb.
• B là cảm ứng từ, có đơn vị là T.
• S là diện tích của tiết diện S, có đơn vị là m2.

Công thức này cho thấy từ thông cực tiểu không phụ thuộc vào B và S, mà chỉ phụ thuộc vào góc α

Ứng dụng của từ thông trong đời sống

Ở trên là những khái niệm khái quát về từ thông là gì? Trên thực tế thì có rất nhiều ứng dụng được làm áp dụng từ từ thông, dưới đây là một số ứng dụng nổi bật để bạn dễ dàng hình dung hơn.

Bếp từ

Khác với các loại bếp nấu thông thường được làm nóng từ lửa hay từ điện thì bếp từ hoạt động dựa theo nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ. Với cấu tạo từ một cuộn dây được đặt dưới một lớp cách nhiệt, cuộn dây này sẽ có từ trường biến thiên với tần số cao có thể thay đổi được.

Khi cắm bếp điện từ thì dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộn dây đồng và sinh ra một từ trường biến thiên trên cuộn dây. Khi nồi được đặt lên bếp, đáy nồi sẽ nhiễm từ và sinh ra dòng điện Fu – cô. Từ đó gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Lenxo làm nóng đáy nồi và thức ăn.

Quạt điện

Các thiết bị làm mát nói chung hay các loại quạt điện nói riêng thì đều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ.  Trong đó, dòng điện sẽ biển đổi thành từ trường và làm quay động cơ và cánh quạt.

Ứng dụng của từ thông trong công nghiệp

Chế tạo máy phát điện – tạo ra dòng điện xoay chiều: cấu tạo của máy phát điện gồm có các dây dẫn điện được quấn trên 1 lõi sắt và 1 năm châm vĩnh cửu. Dòng điện khi chạy qua trong kim loại chuyển cơ năng thành điện năng. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là động cơ tua bin hơi, tua bin nước, tua bin gió, động cơ đốt,…

Máy biến dòng: thiết bị chuyển dùng để biến đổi dòng điện có giá trị cao sang dòng chuẩn 5A, 10A. Sử dụng máy biến dòng để tránh tình trạng bị chập cháy hoặc dòng điện tăng/giảm đột ngột gây hư hỏng thiết bị.