Cảm ứng điện từ là gì? Được ứng dụng như thế nào trong đời sống?

Cảm ứng điện từ là nội dung quan trọng của phần điện học trong chương trình Vật Lý lớp 11. Vậy hiện tượng cảm ứng điện từ là gì và được ứng dụng trong đời sống như thế nào? Theo dõi những thông tin chia sẻ trong bài viết dưới đây của chúng tôi để hiểu rõ hơn nhé!

Dòng điện cảm ứng là gì?

Dòng điện cảm ứng là dòng điện xuất hiện trong mạch kín khi từ thông đi qua mạch biến thiên. Dòng điện này có chiều sao cho từ trường cảm ứng sẽ chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu khi đi qua mạch kín. Điều này đã được nhà Vật Lý người Anh là Michael Faraday khám phá qua một nghiên cứu được thực hiện vào năm 1831. 

Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? 

Trong chương trình Vật Lý 11, hiện tượng cảm ứng điện từ được hiểu là hiện tượng hình thành một suất điện động (hay chính là điện áp) trên vật dẫn khi vật dẫn đó được đặt trong một từ trường biến thiên. Khi cho từ thông đi qua mạch kín biến thiên, trong mạch sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng. Còn hiện tượng xảy ra được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. 

Như vậy có thể thấy rằng cảm ứng điện từ chỉ có thể xảy ra trong khoảng thời gian từ thông đi qua mạch bị biến thiên. 

Các thí nghiệm và định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ 

Thí nghiệm và định luật Faraday

Thí nghiệm: Dùng một cuộn dây và mắc nối tiếp chúng với điện kế tạo thành mạch kín. Phía trên cuộn dây, ta đặt thanh nam châm với hai cực Bắc – Nam. Qua thí nghiệm trên, ta thu được kết quả sau: 

• Nếu ta rút nam châm ra thì dòng điện cảm ứng sẽ có chiều ngược lại. 

• Nếu di chuyển nam châm càng nhanh thì cường độ dòng điện sẽ càng lớn. 

• Nếu ta giữ để thanh nam châm đứng yên so với ống dây thì dòng điện cảm ứng sẽ có giá trị bằng 0. 

• Nếu ta sử dụng ống dây có dòng điện chạy qua thay thế cho thanh nam châm rồi thực hiện theo đúng thí nghiệm thì vẫn thu được kết quả tương tự. 

Từ kết quả trên, Faraday rút ra được kết luận như sau: 

• Từ thông di chuyển qua mạch kín biến thiên chính là nguyên nhân tạo ra dòng điện cảm ứng ở trong mạch đó. 

• Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông đi qua mạch kín bị biến thiên. 

• Cường độ của dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông. 

• Chiều dòng điện cảm ứng sẽ phụ thuộc vào sự tăng hoặc giảm của từ thông khi được gửi qua mạch. 

Từ đó, ta có định luật Faraday như sau: “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 Lenz

Cùng với Faraday, Heinrich Lenz cũng nghiên cứu và tìm ra cách xác định chiều của dòng điện cảm ứng với định luật như sau: “Dòng điện cảm ứng có chiều cao sao cho từ trường có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.”

Gọi   là dòng điện cảm ứng, ta có thể biểu diễn chúng qua biểu thức sau: 

φ= – B = – L.I

Điều này có nghĩa là khi từ thông đi qua mạch tăng lên thì từ trường cảm ứng sinh ra sẽ có tác dụng chống lại sự gia tăng của từ thông. Tức là từ trường cảm ứng sẽ có chiều ngược với chiều của từ trường ngoài. Nếu từ thông đi qua mạch giảm thì từ trường cảm ứng sẽ có tác dụng chống lại sự giảm đó của từ thông và từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài. 

Định luật cơ bản về hiện tượng cảm ứng điện từ

Định luật: “Suất điện động cảm ứng luôn luôn bằng về trị số, nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông gửi qua diện tích của mạch điện.” Suất điện động cảm ứng do hiện tượng cảm ứng điện từ sinh ra. 

Để tìm hiểu thức suất điện động cảm ứng, ta sẽ dịch chuyển một dây dẫn kín vào trong từ trường để từ thông đi qua vòng dây thay đổi. Khi đó, giá trị công của lực tác dụng lên dòng điện cảm ứng đó được xác định theo công thức: 

dA= Ic . dφm

Khi đó, công của lực tác dụng lên dòng điện cảm ứng gọi là công cản và có giá trị được xác định như sau: 

dA’ = –Ic . dφm

Công dA’ sẽ chuyển thành năng lượng của dòng cảm ứng và có giá trị được xác định như sau: 

ξc . Ic. dt= – Ic . dφm

Vậy biểu thức suất điện động phải tìm sẽ là: 

Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ

Cảm ứng điện từ là một hiện tượng quan trọng trong Vật Lý và được ứng dụng rất đa dạng trong nhiều ngành nghề khác nhau như y tế, công nghiệp,…. Dưới đây là một số ứng dụng hữu ích của hiện tượng cảm ứng điện từ trong cuộc sống: 

Làm thiết bị gia dụng

Cảm ứng điện từ được ứng dụng làm nhiều thiết bị gia dụng như: 

• Bếp từ:

  Bếp từ là ví dụ điển hình được ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ. Trong bếp từ có một cuộn dây đồng được đặt dưới vật liệu cách nhiệt và dòng điện sẽ được truyền thông qua cuộn dây này. 

• Đèn huỳnh quang:

  Chấn lưu của đèn huỳnh quang được sản xuất dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi bật, một dòng điện cao áp được tạo ra trên 2 đầu đèn và phóng điện qua đèn. Dòng điện khi qua đèn sẽ tạo thành ion tác động lên bột huỳnh quang và từ đó đèn sẽ phát sáng. 

• Quạt điện và các hệ thống làm mát

  cũng hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ,… 

Ứng dụng trong công nghiệp

Không chỉ được ứng dụng trong hoạt động sản xuất các thiết bị dân dụng, cảm ứng điện từ còn được ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp với các thiết bị như: 

• Máy phát điện:

  Năng lượng cơ học được máy phát điện sử dụng để tạo ra điện. “Trái tim” của máy phát điện có bản chất là một cuộn dây dẫn trong từ trường. Nguyên lý hoạt động của chúng là cuộn dây dẫn được quay trong từ trường với một tốc độ không thay đổi sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều. Thay vì sử dụng một cuộn dây quay trong từ trường không đổi, người ta đã ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ bằng cách để cuộn dây đứng yên và quay nam châm xung quanh cuộn dây dẫn đó. 

• Tàu đệm từ:

  Về bản chất, tàu đệm từ sử dụng một nam châm điện cực mạnh để gia tăng tốc độ. Hiện nay, ở Nhật Bản, nhiều đoàn tàu được ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ được xây dựng  với tốc độ vô cùng lớn, thậm chí có thể lên đến hơn 500 km/h. 

Ứng dụng trong lĩnh vực y học

Trong y học, điện từ trường đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong những thiết bị y học tiên tiến như chụp cộng hưởng từ, cấy ghép hay điều trị tăng thân nhiệt cho các bệnh nhân bị ung thư,… 

Trên đây là thông tin giải đáp thắc mắc hiện tượng cảm ứng điện từ là gì và các ứng dụng của chúng trong thời sống. Hy vọng qua những chia sẻ trên sẽ mang đến nhiều kiến thức hữu ích cho bạn đọc.