Cảm ứng từ là gì? Ứng dụng và công thức tính cảm ứng

Từ trường là một yếu tố tự nhiên mà mắt thường không thể thấy, nhưng nó luôn tồn tại và có tính ứng dụng cao. Nhiều thiết bị sử dụng cảm ứng điện từ, mang lại tiện ích và giá trị trong cuộc sống.

Bạn đang tìm hiểu về cảm ứng từ, hiện tượng cảm ứng từ để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của các thiết bị này. Bài viết dưới đây của Đại Việt sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về cảm ứng từ là gì, công thức tính và các ứng dụng của cảm ứng điện từ trong đời sống.

Tìm hiểu về cảm ứng từ

Cảm ứng từ thường được nhắc đến trong các lĩnh vực như điện tử, cơ khí chế tạo, điện dân dụng và nhiều ứng dụng khoa học khác. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về thuật ngữ cảm ứng từ để hiểu rõ hơn về cách các thiết bị hoạt động.

Lực từ là gì?

Trước khi tìm hiểu về cảm ứng từ là gì, chúng ta cần nắm vững một số khái niệm liên quan như từ trường đều và lực từ. Cụ thể:

Từ trường đều là một môi trường mà các đường sức từ là các đường thẳng song song và có khoảng cách đều nhau. Do đó, từ trường đều có các đặc tính giống nhau ở mọi điểm. Từ trường đều có thể được tạo ra giữa hai cực của nam châm hình chữ U.

Lực từ trường đều tác động lên một dây dẫn mang dòng điện đặt vuông góc với các đường sức từ. Độ lớn của lực từ phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn và cường độ của từ trường đó.

Đọc thêm: Bảng giá cadivi được cập nhật mới nhất hiện nay - Đại Việt

Cảm ứng từ là gì?

Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường là một đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường đó. Giá trị của cảm ứng từ được xác định bằng tỷ số giữa lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện và tích của cường độ dòng điện với chiều dài của sợi dây đó.

B = F / I.l

Trong đó, vector cảm ứng từ tại một điểm có phương tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó. Chiều của vector này được xác định từ cực Nam đến cực Bắc của nam châm tại điểm đó.

Đơn vị đo cảm ứng từ là T (Tesla). Trong đó, 1 T là độ lớn của cảm ứng từ tác dụng lên một mặt phẳng có diện tích 1m².

Hiện tượng cảm ứng điện từ

Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng khi từ thông qua mạch kín biến thiên.

Định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ là: “Suất điện động cảm ứng luôn có giá trị bằng, nhưng ngược dấu với tốc độ biến thiên của từ thông”. Trong đó, suất điện động là dòng điện cảm ứng được tạo ra trong mạch điện do hiện tượng cảm ứng điện từ.

Lưu ý: Cảm ứng điện từ là một hiện tượng chứ không phải một đại lượng vật lý. Vì vậy, chúng ta chỉ có công thức để tính cảm ứng từ mà thôi.

Ưu nhược điểm của cảm ứng từ

Ưu điểm của cảm ứng từ

• Là nguyên lý chính để tạo ra điện trong máy phát điện, tua-bin gió, thủy điện, giúp cung cấp năng lượng cho toàn xã hội. Dùng trong máy biến áp, động cơ điện, bếp từ, sạc không dây, cảm biến từ, phanh điện từ.
• Nếu được thiết kế tối ưu (ví dụ trong máy phát điện hoặc máy biến áp), hiện tượng cảm ứng từ có thể đạt hiệu suất truyền tải rất cao. Các thiết bị ứng dụng cảm ứng từ (biến áp, bếp từ) có khả năng cách ly điện, hạn chế rủi ro về điện giật.
• Không cần tiếp xúc cơ học (trong sạc không dây, phanh điện từ) → giảm hao mòn, tăng độ bền.

Nhược điểm của cảm ứng từ

• Không thể tạo điện nếu từ thông không thay đổi → cần phải có sự chuyển động hoặc biến đổi dòng điện. Gây ra tổn hao do tỏa nhiệt (Foucault - dòng điện xoáy), từ trễ trong lõi thép, làm giảm hiệu suất.
• Một số thiết bị như máy phát điện công suất lớn, bếp từ, sạc không dây yêu cầu vật liệu chất lượng cao (đồng, lõi từ đặc biệt) → giá thành cao.
• Trong ứng dụng sạc không dây hay truyền năng lượng không tiếp xúc, hiệu suất giảm mạnh khi khoảng cách tăng. Trường điện từ biến thiên có thể ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử nhạy cảm xung quanh.

Công thức tính cảm ứng từ

Cảm ứng từ được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và phát triển để có thể sử dụng chúng một cách hiệu quả. Hiện nay có 3 công thức tính cảm ứng từ dựa trên quy tắc nắm bàn tay phải như sau: “Nắm bàn tay phải sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều đường sức từ. Trong lòng ống dây thì ngón cái choãi ra chỉ chiều của dòng điện chạy qua các vòng dây”.

Từ trường của dòng điện thẳng theo chu kỳ liên tục

Từ trường của dòng điện thẳng dài vô hạn được tính bằng cách sử dụng quy tắc nắm bàn tay phải để xác định chiều. Công thức tính như sau:

BM= 2. 10-7 . I/RM

Trong đó:

• BM là từ trường tại điểm m.
• RM là khoảng cách từ điểm m đến dây dẫn.
• I là cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây.

Từ trường của dòng điện tròn:

BO = 2π.10-7 . I/R

Từ trường bên trong ống dây dẫn:

B = 4π.10-7 . I.N/R = 4π10-7 . nI

Trong đó:

• N là tổng số vòng dây trong ống dẫn.
• n là số vòng dây quấn trên một đơn vị chiều dài của lõi.
• R là chiều dài của ống dây dẫn

Ứng dụng của cảm ứng điện từ trong đời sống

Từ trường và hiện tượng cảm ứng điện từ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Ứng dụng quan trọng nhất của cảm ứng điện từ là tạo ra dòng điện xoay chiều. Thực chất, đây là qu trình chuyển đổi cơ năng thành điện năng thông qua lực tác động của hiện tượng cảm ứng điện từ.

Các ứng dụng thực tế của cảm ứng điện từ trong đời sống có thể kể đến như:

• Ứng dụng trong thiết bị bếp từ: Thay vì sử dụng dây dẫn điện thông thường, bếp từ sử dụng cuộn dây đồng và từ trường để tạo ra dòng điện xoay chiều, trực tiếp làm nóng bếp một cách nhanh chóng.
• Đèn huỳnh quang ứng dụng cảm ứng điện từ: Chấn lưu được sử dụng trong đèn huỳnh quang dựa trên nguyên lý điện từ để tạo ra điện áp cao giữa hai đầu bóng đèn, các ion phóng điện tác động lên lớp bột huỳnh quang phát sáng.
• Động cơ điện trong các thiết bị làm mát, quạt điện ứng dụng cảm ứng điện từ, tạo ra dòng điện xoay chiều cần thiết.
• Ứng dụng trong máy phát điện công nghiệp: Sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra dòng điện xoay chiều, phục vụ cho sản xuất và hoạt động của các loại máy công nghiệp. Nguyên lý hoạt động: Cuộn dây điện được lắp đặt trong từ trường quay với tốc độ không đổi, tạo ra dòng điện xoay chiều.
• Ứng dụng trong y học: Các phương pháp cấy ghép, chụp cộng hưởng từ (MRI), điều trị tăng thân nhiệt cho bệnh nhân ung thư.
• Ứng dụng trong tàu đệm từ: Sử dụng nam châm để tăng tốc độ của tàu điện lên một mức độ đáng kinh ngạc.

Có thể thấy, điện từ và cảm ứng từ là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Cảm ứng điện từ tạo ra dòng điện xoay chiều, cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị điện, giúp chúng vận hành hiệu quả. Hy vọng những chia sẻ trên đây của Đại Việt sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về cảm ứng điện từ, các đặc tính và ứng dụng thực tế của nó.