Hiện Tượng Cảm Ứng Điện Từ Là Gì? Công Thức Và Ứng Dụng

Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng được nhắc đến ở chương trình vật lý THPT. Tuy nhiên không phải ai cũng hiểu rõ khái niệm hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? Cùng HCTECH cùng “ôn lại” định nghĩa, công thức và ứng dụng của hiện tượng này nhé.

1. Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?

Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng hình thành một suất điện động trên một vật dẫn khi vật dẫn đó được đặt trong một từ trường biến thiên (tăng hoặc giảm). Dòng điện sinh ra được gọi là dòng điện cảm ứng. 

Hình ảnh mô tả định nghĩa hiện tượng cảm ứng điện từ

Hiện tượng cảm ứng điện từ được phát hiện bởi nhà vật lý Michael Faraday. Đây là hiện tượng quan trọng trong vật lý; góp phần đưa nhân loại sang giai đoạn tiến bộ mới – giai đoạn sử dụng năng lượng điện.

2. Thí nghiệm hiện tượng cảm ứng điện từ

Thí nghiệm Faraday được cho là minh chứng đúng nhất cho hiện tượng cảm ứng điện từ. 

Mô tả thí nghiệm:

* Lấy một ống dây điện (gồm nhiều vòng) mắc nối tiếp với điện kế G tạo thành một mặt kín.

* Phía trên ống dây, ta đặt một thanh nam châm có 2 cực Bắc (N) và Nam (S).

Thực hiện thí nghiệm, ta thấy rằng:

– Nếu ta rút thanh nam châm ra, dòng điện cảm ứng sẽ đi theo chiều ngược lại.

– Di chuyển thanh nam châm càng nhanh, cường độ dòng điện cảm ứng càng lúc càng lớn.

– Giữ thanh nam châm đứng yên so với ống dây, dòng điện cảm ứng bằng 0.

– Thay thanh nam châm bằng một ống dây có dòng điện chạy qua rồi tiến hành các thí nghiệm như trên. Kết quả thu được là tương tự.

Thí nghiệm của nhà vật lý Michael Faraday

Từ thí nghiệm hiện tượng cảm ứng điện từ này, ông Faraday đã đưa ra những kết luận sau:

1. Từ thông gửi qua mạch kín biến đổi theo thời gian là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó.

2. Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mạch kín biến đổi.

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

4. Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của từ thông gửi qua mạch.

Định luật cảm ứng Faraday về cảm ứng điện từ ra đời. Đây là định luật cơ bản trong điện từ, cho biết từ trường tương tác với một mạch điện để tạo ra sức điện động (EMF) – một hiện tượng gọi là cảm ứng điện từ.

>> Tham khảo: Công thức tính diện tích hình vuông

3. Định luật Lenz về hiện tượng cảm ứng điện từ

Cùng thời với nhà vật lý Faraday có Heinrich Lenz cũng đã tiến hành thí nghiệm. Ông rút ra được định luật tổng quát giúp xác định chiều của dòng điện cảm ứng – được đặt theo tên của ông: Định luật Lenz. 

Nội dung của 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.

Có nghĩa là:

– Từ thông qua mạch kín tăng thì từ trường cảm ứng sinh ra sẽ chống lại sự tăng của từ thông. Khi đó từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài và ngược lại.

Định luật về cảm ứng điện từ của nhà vật lý Lenz

Từ định luật Lenz và thí nghiệm của Faraday chúng ta có kết luận: Dòng điện cảm ứng bao giờ cũng có tác dụng chống lại sự dịch chuyển của thanh nam châm. Do đó để dịch chuyển được thanh nam châm thì ta phải tốn công nhất định và công này chính là điện năng của dòng điện cảm ứng.

Ta có công thức:

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

4. Ứng dụng trong đời sống, sản xuất

Ngày nay, nhiều thiết bị y tế nghiên cứu và phát triển dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Chúng được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau: y tế, khoa học, công nghiệp, máy phát điện, tàu điện ngầm, máy bơm… Cùng điểm qua một số lĩnh vực nổi bật nhé.

Trong y học

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

Máy chụp cộng hưởng từ (MRI)

Trong gia đình

Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ thể hiện qua nhiều thiết bị gia đình.

Bếp từ: 

Dòng điện cảm ứng được sử dụng để làm nóng bộ phận làm nóng của bếp. Do đó, các dòng bếp từ có nhiệt độ tăng lên rất nhanh.

Trong một bếp từ: cuộn dây đồng được đặt dưới một vật liệu cách điện (thường là mặt bếp thủy tinh). Một dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộn dây đồng này. Từ trường dao động tạo ra một từ thông liên tục từ hóa nồi. Lúc này, nồi sẽ đóng vai trò như lõi từ của máy biến áp. 

Dòng điện xoáy (dòng điện Fu-cô/dòng điện Foucault) lớn được tạo ra ở trong nồi. Do tác dụng của dòng Fuco, nồi nấu chịu tác dụng của lực hãm điện từ. Từ đó, gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Lenxơ và làm nóng đáy nồi cũng như thức ăn bên trong.

Bếp từ là sản phẩm từ ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ

>> Tham khảo: Nhiệt lượng là gì? Công thức tính và đơn vị đo

Đèn huỳnh quang:

Chấn lưu được sử dụng trong đèn huỳnh quang hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ. Khi đèn bật, xuất hiện điện áp cao trên 2 đầu đèn. Dòng điện qua đèn tạo thành ion tác động lên bột huỳnh quang làm đèn phát sáng.

Quạt điện:

Quạt điện sử dụng động cơ điện – động cơ dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Động cơ điện hoạt động bởi từ trường được tạo ra bởi dòng điện theo nguyên lý lực Lo-ren-xơ (Lorentz). 

Ngoài ra, hiện tượng cảm ứng điện từ cũng được ứng dụng cho rất nhiều thiết bị trong gia đình khác như: động cơ điện, loa, chuông cửa, máy xay, lò vi sóng,v.v…

Trong công nghiệp

Máy phát điện:

Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ có thể kể đến là máy phát điện. Chúng sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra điện. Cấu tạo chính của máy phát điện là một cuộn dây trong từ trường. Cơ chế vận hành chính của máy phát điện là cuộn dây điện được quay trong từ trường với tốc độ không đổi sẽ tạo ra điện xoay chiều. 

Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ

Tàu đệm từ

Tàu đệm từ là loại hình vận tải vận hành dẫn lái và di chuyển bởi lực từ hoặc lực điện từ.  Nguyên lý tàu đệm từ dựa trên lực điện từ (sử dụng nam châm điện) theo hai cơ chế chính: cơ chế nâng và cơ chế đẩy.

Nhờ ứng dụng cảm ứng điện từ, tàu giảm được ma sát và có tốc độ đi nhanh hơn; giảm năng lượng tiêu tốn và ít tiếng ồn.

Hình ảnh tàu đệm từ

Trên đây là những thông tin về khái niệm hiện tượng cảm ứng điện từ, các ứng dụng của hiện tượng này trong đời sống và sản xuất. Hy vọng bài viết cung cấp các thông tin hữu ích cho bạn.

Có thể bạn quan tâm: