Hiện tượng cảm ứng điện từ và ứng dụng trong điều hoà nhiệt độ

Suất điện động cảm ứng:Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng.- Kí hiệu : ec ΔΦ : độ biến thiên từ thông qua mạch kín Wb, ΔΦ = Φ2 – Φ1 Δt : thời gian từ thôn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN ──────── * ─────── BÁO CÁO NHÓM HỌC PHẦN: VẬT LÝ HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU HOÀ NHIỆT ĐỘ Sinh viên thực : Nguyễn Hải Nam Vũ Thị Thuỳ Linh Lưu Thị Xuân Mai Nguyễn Duy Mạnh Nguyễn Thị Ngọc Lớp - Khóa : 2023DHHTP01 Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Thị Sạ Hà Nội, 18 tháng 12 năm 2023 MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ I KHÁI NIỆM Từ thông .5 Hiện tượng cảm ứng điện từ Xác định chiều dòng điện cảm ứng định luật Len-xơ: Suất điện động cảm ứng: II THÍ NGHIỆM .8 Thí nghiệm Faraday Thí nghiệm Lenz Thí nghiệm Michael Faraday với cuộn dây xoay Thí nghiệm RLC III CÁC ĐỊNH LUẬT .10 Định luật cảm ứng điện từ .10 Định luật Lenz 10 Định luật Faraday 10 IV ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 11 Thiết bị gia dụng 11 Ứng dụng công nghiệp 13 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU HOÀ NHIỆT ĐỘ 15 I ỨNG DỤNG CỦA CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ TRONG ĐIỀU HỊA NĨNG LẠNH CHO CÁC CẢM BIẾN 15 Cảm biến nhiệt độ 15 Cảm biến độ ẩm .16 Cảm biến lưu lượng gió 17 II ỨNG DỤNG CỦA CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ TRONG ĐIỀU HỊA NĨNG LẠNH CHO CÁC TÍNH NĂNG THƠNG MINH .17 KẾT LUẬN 18 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .19 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 20 KẾT QUẢ BÀI ĐÁNH GIÁ THƯỜNG XUYÊN 21 BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC 22 MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghệ ngày nay, cảm ứng điện từ đóng vai trị quan trọng việc tạo đổi đáng kể Công nghệ không sở cho thiết bị di động thông minh mà trụ cột nhiều ứng dụng khác Đồng thời, điều hòa nhiệt độ trở thành phần thiếu sống đại, mang lại thoải mái hiệu lượng Mục đích luận là:  Trình bày sở lý thuyết tượng cảm ứng điện từ  Nghiên cứu ứng dụng tượng cảm ứng điện từ điều hòa nhiệt độ  Đánh giá ý nghĩa khoa học thực tiễn ứng dụng Hãy tìm hiểu chi tiết cảm ứng điện từ ứng dụng điều hòa nhiệt độ bối cảnh giới công nghệ ngày Chương 1: Hiện tượng cảm ứng điện từ I KHÁI NIỆM - Là tượng hình thành suất điện động (điện áp) vật dẫn vật dẫn đặt từ trường biến thiên - Năm 1831, Michael Faraday chứng tỏ thực nghiệm từ trường sinh dịng điện Thực vậy, cho từ thơng gửi qua mạch kín thay đổi mạch xuất dịng điện Dịng điện gọi dịng điện cảm ứng Từ thông - Là đại lượng diễn tả số lượng đường sức từ xun qua vịng dây kín (C) ( diện tích S) Xét khung dây gồm N vịng có diện tích S, nằm từ trường đều, cho đường sức từ B→ hợp với vector pháp tuyến dương (n→) góc α Từ thông Φ đại lượng định nghĩa công thức: Φ = NBScos α Trong đó: Φ: từ thông qua mạch kín S: diện tích của mạch (m2) B: cảm ứng từ gửi qua mạch (T) α = (B→, n→), n→ là pháp tuyến của mạch kín N: số vòng dây của mạch kín Tùy thuộc vào góc α mà từ thông có thể có giá trị âm hoặc dương: Khi 0° < α < 90° ⇒ cos α > thì Φ dương Khi 90° < α < 180° ⇒ cos α < thì Φ âm Khi α = 90° ⇒ cos α = thì Φ = Khi α = 0° ⇒ cos α = thì Φmax = BS Khi α = 180° ⇒ cos α = -1 thì Φmin = -BS ⇒ -BS ≤ Φ ≤ BS - Ý nghĩa từ thông: Từ thông diễn tả số đường sức từ xun qua diện tích - Đơn vị: Vê-be (Wb) Hiện tượng cảm ứng điện từ -Khi có biến đổi từ thông qua mặt giới hạn mạch kín ( vd: khung dây kín có diện tích S ) mạch kín xuất dòng điện cảm ứng -Hiện tượng xuất dòng điện cảm ứng mạch kín có biến thiên từ thơng qua mạch kín gọi tượng cảm ứng điện từ Xác định chiều dòng điện cảm ứng định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng xuất mạch kín có chiều cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại biến thiên từ thông ba đầu qua mạch kín Suất điện động cảm ứng: Suất điện động cảm ứng suất điện động sinh dịng điện cảm ứng - Kí hiệu : ec ΔΦ : độ biến thiên từ thơng qua mạch kín (Wb), ΔΦ = Φ2 – Φ1 Δt : thời gian từ thông biến thiên qua mạch (s) “ – “ : dấu trừ biểu thị định luật Len-xơ - (Độ lớn) suất điện động cảm ứng đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên từ thông xác định biểu thức: (chiều áp dụng định lí lenxo) Chú ý: - Nếu từ trường từ B1 đến B2 thì: - Nếu diện tích vịng dây thay đổi từ S1 đến S2 : - Nếu góc xoay thay đổi từ α1 đến α2 thì: - Cường độ dịng điện cảm ứng qua mạch kín : với R: điện trở khung dây II THÍ NGHIỆM Một số thí nghiệm tượng cảm ứng điện từ Thí nghiệm Faraday Sử dụng cuộn dây dẫn nam châm Khi nam châm đưa vào rút khỏi cuộn dây, xuất điện áp hai đầu cuộn dây Sự thay đổi dòng điện liên quan đến tốc độ hướng chuyển động nam châm Thí nghiệm Lenz Thí nghiệm Michael Faraday với cuộn dây xoay -Sử dụng cuộn dây xoay nằm lĩnh vực từ trường nam châm -Khi cuộn dây xoay, đối mặt với thay đổi dòng từ nam châm, xuất điện áp dòng điện cuộn dây Thí nghiệm RLC Sử dụng mạch gồm cuộn dây (L), tụ (C) điện trở (R) Áp dụng điện áp biến đổi thay đổi từ trường từ nam châm Quan sát thay đổi dòng điện điện áp mạch RLC, thể cảm ứng điện từ tương tác yếu tố L, C, R Những thí nghiệm giúp hiểu rõ nguyên lý cảm ứng điện từ ứng dụng thiết bị điện tử III CÁC ĐỊNH LUẬT Định luật cảm ứng điện từ Hiện tượng cảm ứng điện từ xuất từ suất điện động cảm ứng Suất điện động cảm ứng có giá trị trị số trái dấu với tốc độ biến thiên từ thông qua điện tích mạch điện Định luật Lenz Định luật Lenz định luật vật lý điện tử, đặt theo tên nhà vật lý người Đức Heinrich Lenz vào năm 1834 Theo định luật Lenz, có vịng dây dẫn di chuyển qua từ trường, thay đổi dòng điện tạo tượng cảm ứng điện từ tạo lực điện động vịng dây có hướng ngược với thay đổi từ trường Định luật Lenz thường diễn giải sau: “Sự thay đổi dòng điện vòng dây dẫn tạo lực điện động vòng dây có chiều ngược với chiều thay đổi đó, nhằm tránh tạo từ trường ngược lại với từ trường ban đầu Định luật Faraday Định luật cảm ứng điện từ thơng qua Thí nghiệm Faraday định luật quan trọng điện từ học, đưa nhà vật lý Anh Michael Faraday vào năm 1831 Theo định luật này, thay đổi dòng điện vịng dây dẫn tạo thơng qua cảm ứng từ dịng điện từ nam châm 10 Cụ thể, định luật Faraday nói “Sự thay đổi lưu lượng dòng điện vòng dây dẫn tạo lực điện động ngược chiều với chiều thay đổi đó, tỉ lệ với tốc độ thay đổi dịng điện.” Từ trường tương tác với mạch điện nhằm tạo sức điện động gọi tượng cảm ứng điện từ Đây nguyên lý hoạt động loại động điện, máy biến áp, nam châm cuộn cảm máy phát điện… IV ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Hiện tượng cảm ứng điện từ tượng hữu ích với nhiều ứng dụng sống Điện từ tạo cách mạng lớn lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật Không vậy, cịn tác động lớn đến lĩnh vực khác y tế, công nghiệp, không gian Thiết bị gia dụng Điện từ đóng vai trị nguyên tắc làm việc nhiều thiết bị gia dụng đèn, thiết bị nhà bếp, hệ thống điều hịa khơng khí, vv a) Bếp từ Bếp từ làm nóng nồi nấu cảm ứng từ, thay dẫn nhiệt từ lửa, hay phận làm nóng điện Bởi dịng điện cảm ứng trực tiếp làm nóng dụng cụ nấu bếp, đó, nhiệt độ tăng lên nhanh Trong bếp từ, cuộn dây đồng đặt vật liệu cách nhiệt (thường mặt bếp gốm thủy tinh), dòng điện xoay chiều truyền qua dây đồng Từ trường dao động tạo từ thông liên tục từ hóa nồi, lúc này, nồi đóng vai trò lõi từ máy biến áp Điều tạo dịng điện xốy (cịn gọi dịng điện Fu-cơ, dịng điện Foucalt) lớn nồi Do tác dụng dịng Fu-cơ, nồi nấu chịu 11 tác dụng lực hãm điện từ, từ đó, gây hiệu ứng tỏa nhiệt Jun - Lenxơ làm nóng đáy nồi thức ăn bên b) Đèn huỳnh quang Các hệ thống chiếu sáng sử dụng phổ biến gia đình tịa nhà thương mại hệ thống chiếu sáng đèn huỳnh quang Chấn lưu sử dụng đèn huỳnh quang hoạt động dựa nguyên lý điện từ, thời điểm bật đèn, tạo điện áp cao đầu đèn phóng điện qua đèn Dịng điện qua đèn tạo thành ion tác động lên bột huỳnh quang làm đèn phát sáng (sau đèn sáng, điện áp đầu đèn giảm, dòng điện qua đèn bị hạn chế điện cảm tăng phô) 12 c) Quạt điện Quạt điện hệ thống làm mát khác sử dụng động điện Những động hoạt động dựa nguyên lý cảm ứng điện từ Trong thiết bị điện nào, động điện hoạt động từ trường tạo dòng điện theo nguyên lý lực Lo-ren-xơ (Lorentz) Những động khác kích thước chi phí dựa ứng dụng Ngồi ra, cịn nhiều ứng dụng tượng cảm ứng điện từ thiết bị gia dụng như: lị vi sóng, máy xay, lị nướng, chng cửa, loa, v.v Ứng dụng công nghiệp a) Máy phát điện Máy phát điện sử dụng lượng học để tạo điện "Trái tim" máy phát điện cuộn dây từ trường Nguyên lý hoạt động máy phát điện cuộn dây điện quay từ trường với tốc độ không đổi tạo điện xoay chiều Thay sử dụng cuộn dây quay từ trường khơng đổi, có cách khác để sử dụng cảm ứng điện từ giữ cho cuộn dây đứng yên quay nam châm vĩnh cữu (cung cấp từ trường từ thông) xung quanh cuộn dây 13 b) Tàu đệm từ Đây công nghệ đại hệ thống giao thông sử dụng tượng cảm ứng điện từ Tàu đệm từ sử dụng nam châm điện mạnh để tăng tốc độ tàu lên mức đáng kinh ngạc Tàu đệm từ sử dụng nguyên tắc nam châm hệ thống treo điện từ (EMS) hệ thống treo động lực học (EDS) Trong EMS, nam châm điện sử dụng thân tàu hút vào đường ray sắt Những nam châm bao quanh đường ray dẫn hướng lực hấp dẫn hướng dẫn nam châm nâng tàu lên Trong EDS, tàu đẩy lực đẩy hướng dẫn dẫn điện dòng điện cảm ứng c) Y học Ngày nay, trường điện từ đóng vai trị quan trọng thiết bị y tế tiên tiến phương pháp điều trị tăng thân nhiệt cho bệnh ung thư, cấy ghép chụp cộng hưởng từ (MRI) 14 Chương 2: ứng dụng điều hoà nhiệt độ I ỨNG DỤNG CỦA CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ TRONG ĐIỀU HỊA NĨNG LẠNH CHO CÁC CẢM BIẾN Cơ chế cảm ứng điện từ máy lạnh dựa tượng cảm ứng điện từ, dịng điện cảm ứng xuất mạch kín từ thơng qua mạch biến thiên Cảm ứng điện từ ứng dụng điều hịa nóng lạnh để kiểm sốt nhiệt độ, độ ẩm lưu lượng gió Cụ thể, ứng dụng cảm ứng điện từ điều hòa nóng lạnh bao gồm: Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ loại cảm biến điện từ phổ biến điều hịa nóng lạnh Cảm biến gắn dàn lạnh dàn nóng để đo nhiệt độ môi trường xung quanh nhiệt độ dàn lạnh Dữ liệu nhiệt độ cảm biến cung cấp sử dụng để điều chỉnh hoạt động điều hòa, đảm bảo nhiệt độ phòng đạt đến mức cài đặt người dùng Cảm biến nhiệt độ máy lạnh thường sử dụng hai loại cảm biến sau: 15  Cảm biến nhiệt độ điện trở Cảm biến nhiệt độ điện trở loại cảm biến phổ biến máy lạnh Cảm biến bao gồm điện trở nhạy cảm với nhiệt độ Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở cảm biến thay đổi theo Sự thay đổi điện trở cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện truyền đến bo mạch điều khiển  Cảm biến nhiệt độ bán dẫn Cảm biến nhiệt độ bán dẫn loại cảm biến có độ xác cao cảm biến nhiệt độ điện trở Cảm biến bao gồm diode nhạy cảm với nhiệt độ Khi nhiệt độ thay đổi, điện áp diode thay đổi theo Sự thay đổi điện áp diode chuyển đổi thành tín hiệu điện truyền đến bo mạch điều khiển Trong máy lạnh, cảm biến nhiệt độ gắn dàn lạnh dàn nóng để đo nhiệt độ môi trường xung quanh nhiệt độ dàn lạnh Dữ liệu nhiệt độ cảm biến cung cấp sử dụng để điều chỉnh hoạt động điều hòa, đảm bảo nhiệt độ phòng đạt đến mức cài đặt người dùng Cảm biến độ ẩm Cảm biến độ ẩm gắn dàn lạnh để đo độ ẩm khơng khí phòng Dữ liệu độ ẩm cảm biến cung cấp sử dụng để điều chỉnh hoạt động điều hòa, đảm bảo độ ẩm phòng mức thoải mái cho người dùng 16 Cảm biến lưu lượng gió Cảm biến lưu lượng gió gắn dàn lạnh để đo lưu lượng gió thổi từ điều hịa Dữ liệu lưu lượng gió cảm biến cung cấp sử dụng để điều chỉnh hoạt động quạt dàn lạnh, đảm bảo lưu lượng gió phù hợp với nhu cầu người dùng II ỨNG DỤNG CỦA CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ TRONG ĐIỀU HỊA NĨNG LẠNH CHO CÁC TÍNH NĂNG THƠNG MINH Ngồi ra, cảm ứng điện từ ứng dụng số tính thơng minh điều hịa nóng lạnh, chẳng hạn như:  Chế độ I-Feel Chế độ I-Feel sử dụng cảm biến nhiệt độ remote để đo nhiệt độ xung quanh người dùng Dữ liệu nhiệt độ cảm biến cung cấp sử dụng để điều chỉnh hoạt động điều hòa, đảm bảo nhiệt độ xung quanh người dùng ln trì mức cài đặt  Chế độ Follow Me Chế độ Follow Me sử dụng cảm biến hồng ngoại remote để đo nhiệt độ xung quanh người dùng Dữ liệu nhiệt độ cảm biến cung cấp sử dụng để điều chỉnh hoạt động điều hòa, đảm bảo nhiệt độ xung quanh người dùng ln trì mức cài đặt Cảm ứng điện từ công nghệ quan trọng điều hịa nóng lạnh, giúp điều hịa hoạt động hiệu mang lại thoải mái cho người dùng 17 KẾT LUẬN Hiện tượng cảm ứng điện từ tượng vật lý quan trọng, có ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống, có điều hịa nhiệt độ Trong điều hịa nhiệt độ, tượng cảm ứng điện từ ứng dụng để tạo dòng điện chạy qua cuộn dây, làm cho cuộn dây nóng lên tỏa nhiệt Ứng dụng giúp tăng hiệu làm lạnh, giảm tiêu thụ lượng, đồng thời thân thiện với môi trường Nghiên cứu tượng cảm ứng điện từ ứng dụng điều hịa nhiệt độ có ý nghĩa khoa học thực tiễn to lớn Nghiên cứu giúp hiểu sâu chất tượng cảm ứng điện từ, đồng thời mở hướng nghiên cứu lĩnh vực Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng việc phát triển thiết bị điều hòa nhiệt độ mới, hiệu tiết kiệm lượng Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng dụng tượng cảm ứng điện từ điều hòa nhiệt độ Đồng thời, cần nghiên cứu phát triển thiết bị điều hòa nhiệt độ sử dụng ứng dụng hiệu hơn, thân thiện với môi trường 18 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Mai Anh, Trần Thanh Sơn, Nguyễn Thị Hồng Nhung (2022) "Ứng dụng tượng cảm ứng điện từ điều hòa nhiệt độ" Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Công nghệ Quốc tế lần thứ 12, Đại học Thái Nguyên, 14- 15/12/2022, 30-35 Nguyễn Văn Long, Nguyễn Thị Thu Hiền (2021) "Nghiên cứu hiệu làm lạnh điều hòa nhiệt độ sử dụng cảm ứng điện từ" Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Thái Nguyên, 46(1), 17-22 Lê Đức Anh, Nguyễn Thị Thu Hiền (2020) "Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sấy nông sản sử dụng cảm ứng điện từ" Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Thái Nguyên, 45(2), 21-26 Trần Văn Sơn, Nguyễn Thị Thu Hiền (2022) "Nghiên cứu hiệu làm lạnh điều hòa nhiệt độ cảm ứng từ" Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Thái Nguyên | 2022 | 47(2) | 13-18 Nguyễn Văn Tiến, Nguyễn Thị Thu Hiền (2023) "Nghiên cứu hiệu làm lạnh điều hòa nhiệt độ cảm ứng từ sử dụng vật liệu từ mềm" Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Thái Nguyên | 2023 | 48(1) | 17-22 19 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 20