Cảm ứng điện từ, hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?
Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng từ thông di chuyển qua mạch kín biến thiên làm xuất hiện trong mạch dòng điện. DÒng điện này có tên là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ xảy ra trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên. Cường độ dòng điện cảm ứng tỷ lệ thuận với tốc độ biến đổi của từ thông, chiều của dòng điện cảm ứng sẽ phụ thuộc vào tăng hoặc giảm của tù thông qua mạch điện kín.
Hiện tượng cảm ứng điện từ được phát hiện bởi nhà vật lý người Anh Michael Faraday vào giữa thế kỷ 19. Faraday đã chứng minh rằng, khi một dây dẫn được di chuyển qua một trường từ, một dòng điện sẽ được tạo ra trong dây đó. Đây được gọi là cảm ứng điện từ.
Cảm ứng điện từ đã được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, ví dụ như trong các động cơ điện, máy phát điện, các máy biến áp và các thiết bị điện tử khác. Nó cũng là nguyên lý hoạt động của các thiết bị đo như ampe kế và volt kế.
Một số định luật về cảm ứng điện từ.
Trong vật lý có 3 định luật cơ bản về cảm ứng điện từ. Cụ thể:
Thí nghiệm Faraday
Định luật về cảm ứng điện từ thông qua Thí nghiệm Faraday là một định luật quan trọng trong điện từ học, được đưa ra bởi nhà vật lý Anh Michael Faraday vào năm 1831.
Theo định luật này, sự thay đổi trong dòng điện đối với một vòng dây dẫn có thể được tạo ra thông qua sự cảm ứng từ một dòng điện hoặc từ một nam châm.
Cụ thể, định luật Faraday nói rằng “Sự thay đổi của lưu lượng dòng điện trong một vòng dây dẫn sẽ tạo ra một lực điện động ngược chiều với chiều thay đổi đó, tỉ lệ với tốc độ thay đổi của dòng điện.” Từ trường có thể tương tác với mạch điện nhằm tạo ra sức điện động gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. Đây cũng là nguyên lý hoạt động căn bản của các loại động cơ điện, máy biến áp, nam châm cuộn cảm và máy phát điện…
Ðịnh luật Lenz
Định luật Lenz là một định luật trong vật lý điện tử, được đặt theo tên của nhà vật lý người Đức Heinrich Lenz vào năm 1834.
Theo định luật Lenz, khi có một vòng dây dẫn di chuyển qua một từ trường, sự thay đổi trong dòng điện được tạo ra bởi hiện tượng cảm ứng điện từ sẽ tạo ra một lực điện động trong vòng dây đó có hướng ngược với sự thay đổi của từ trường đó.
Định luật Lenz thường được diễn giải như sau: “Sự thay đổi của dòng điện trong một vòng dây dẫn sẽ tạo ra một lực điện động trong vòng dây đó có chiều ngược với chiều thay đổi đó, nhằm tránh tạo ra từ trường ngược lại với từ trường ban đầu.” Ta có công thức tính:
e = – ΔΦ/ Δt
Trong đó:
- e: là cảm ứng điện từ
- ΔΦ: là biến thiên của từ thông
- Δt: khoảng thời gian từ trường giảm đều đến 0
Ðịnh luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ
Nội dung định luật: Hiện tượng cảm ứng điện từ xuất hiện từ các suất điện động cảm ứng. Suất điện động cảm ứng có giá trị bằng về trị số nhưng luôn trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông qua điện tích của mạch điện.
Cách nhận biết sự xuất hiện dòng điện cảm ứng
Có nhiều cách nhận biết sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng có xuất hiện hay chưa. Để biết dòng điện cảm ứng xuất hiện hay không chúng ta dùng 1 trong những cách sau:
- Ta sử dụng thiết bị Ampe kế để đo cường độ dòng điện
- Sử dụng nam châm thử nhận biết.
- Sử dụng bóng đèn chiếu sáng để nhận biết sự xuất hiện cảm ứng điện từ
Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ
Hiện tượng cảm ứng điện từ được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp và đời sống. Cụ thể:
Trong thiết bị gia dụng
Quạt điện
Cảm ứng điện từ được sử dụng trong quạt điện để điều khiển tốc độ quay của động cơ. Khi người dùng chỉnh tốc độ quạt, cảm ứng điện từ sẽ giảm hoặc tăng điện áp đưa vào động cơ để điều chỉnh tốc độ quay theo yêu cầu sử dụng.
Bếp từ
Cảm ứng điện từ được sử dụng trong bếp từ để tạo ra nhiệt từ các cuộn dây dẫn điện. Khi đặt một nồi hoặc chảo lên bếp từ, cuộn dây sẽ tạo ra một trường từ điện để tạo ra nhiệt. Cảm ứng điện từ cho phép nhiệt chỉ được tạo ra ở vị trí mà nồi hoặc chảo đặt trên bếp từ, giảm thiểu sự lãng phí năng lượng.
Đèn huỳnh quang
Cảm ứng điện từ được sử dụng trong đèn huỳnh quang để tạo ra một trường từ điện để kích hoạt khí hiếm bên trong ống đèn. Khi điện áp được đưa vào cảm ứng điện từ, trường từ điện sẽ tạo ra một điện áp cao trong ống đèn, kích hoạt khí hiếm và tạo ra ánh sáng. Cảm ứng điện từ cho phép đèn huỳnh quang hoạt động hiệu quả hơn và tiết kiệm năng lượng hơn so với các loại đèn khác.
Trong công nghiệp
Trong công nghiệp người ta thường sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ sản xuất các thiết bị:
Máy phát điện
Máy phát điện sử dụng nguyên tắc của cảm ứng điện từ để chuyển đổi năng lượng cơ thành năng lượng điện. Cụ thể, máy phát điện sử dụng một cảm biến đo lượng khí thải từ động cơ và dùng nó để điều khiển một cặp cảm ứng điện từ. Khi động cơ quay, cảm ứng điện từ sẽ tạo ra một dòng điện xoay chiều trong dây dẫn, từ đó tạo ra điện năng. Máy phát điện được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện lưới, cung cấp điện cho nhà máy, tòa nhà, hộ gia đình, và các thiết bị di động như máy phát điện dự phòng.
Tàu đệm từ
Tàu đệm từ cũng sử dụng cảm ứng điện từ để hoạt động. Trong tàu đệm từ, một đĩa kim loại xoay quanh một cặp nam châm vĩnh cửu. Khi đĩa quay, nó tạo ra một trường từ động cơ điện, từ đó tạo ra một lực đẩy và nâng tàu lên khỏi mặt đất. Tàu đệm từ được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống vận chuyển công nghiệp và nghiên cứu, vì nó có thể di chuyển nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn so với các phương tiện vận chuyển truyền thống.
Trong y học
Hiện tượng cảm ứng điện từ (Electromagnetic Induction) được áp dụng rộng rãi trong y học, đặc biệt là trong các phương pháp hình ảnh học như MRI (Magnetic Resonance Imaging) và ECG (Electrocardiography).
MRI sử dụng một từ trường mạnh để tạo ra hình ảnh cắt lớp của các cơ quan bên trong cơ thể. Khi bệnh nhân được đặt trong máy MRI, một dòng điện được chạy qua các cuộn dây trong máy để tạo ra từ trường. Thay đổi của từ trường này khiến cho các proton trong các phân tử nước trong cơ thể bị kích hoạt và phát ra tín hiệu điện từ. Máy MRI sau đó thu thập tín hiệu này và sử dụng nó để tạo ra hình ảnh.
ECG là một phương pháp đo điện tim. Một thiết bị đo điện được đặt trên ngực bệnh nhân để đo các tín hiệu điện từ được tạo ra bởi tim khi nó hạch nhịp. Những tín hiệu này sau đó được biến đổi thành đồ thị ECG, mô tả sự hoạt động điện của tim.
Lời kết
Với những thông tin về cảm ứng điện từ trên đây hy vọng đã giúp mọi người hiểu thế nào là cảm ứng điện từ cũng như tính ứng dụng của nó vào thực tiễn. Hãy theo dõi Tuấn Hưng Phát để cập nhật nhiều thông tin hữu ích hơn về hiện tượng cảm ứng điện từ nhé.
