Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng xảy ra khi từ thông qua mạch kín biến thiên ( tăng hoặc giảm) từ đó sinh ra dòng điện. Dòng điện này có tên gọi là dòng điện cảm ứng.
Suất điện động cảm ứng
Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.
+ Để xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây (vòng dây) kín trước hết ta xác chiều của véc tơ cảm ứng từ ngoài sau đó xét xem từ thông qua khung dây (vòng dây) tăng hay giảm theo thời gian:
Nếu từ thông tăng thì cảm ứng từ BC → của dòng điện cảm ứng gây ra ngược chiều với cảm ứng từ ngoài B → .
Nếu từ thông giảm thì cảm ứng từ BC → của dòng điện cảm ứng gây ra cùng chiều với cảm ứng từ ngoài B → .
Sau khi đã xác định được chiều của BC → ta sử dụng quy tắc nắm tay phải để tìm chiều của dòng điện cảm ứng
Đại lượng và chiều của sức điện động cảm ứng được tạo ra bằng cách quay một cuộn dây sẽ thay đổi theo vị trí của cuộn dây này.
Trong sơ đồ (1) ở Hình 18, dòng điện chạy từ chổi than A đến bóng đèn. Trong sơ đồ (2), nguồn điện của dòng ngưng lại. Trong sơ đồ (3) dòng điện chạy từ chổi than B đến bóng đèn.
Do đó dòng điện được tạo ra bởi thiết bị này là dòng điện xoay chiều. Do đó thiết bị này được gọi là máy phát điện xoay chiều.
Định luật Len-xơ
Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó
Định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ
Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.
|𝑒𝑐| = k|
t| Trong hệ SI, hệ số tỉ lệ k = 1
Theo định luật Len-xơ thì trong hệ SI suất điện động cảm ứng được viết dưới dạng : 𝑒𝑐= -
t
Trường hợp trong mạch điện là một khung dây có N vòng dây thì: 𝑒𝑐 = -N
Qui tắc bàn tay phải
Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái chỗi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoan dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó
Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ:
Từ việc nắm được bản chất hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? Chúng ta cũng cần biết rõ một số ứng dụng của hiện tượng này. Đây được xem là hiện tượng quan trọng trong vật lý và trở nên rất hữu ích với nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Hiện tượng này đã giúp tạo ra một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật. Bên cạnh đó, hiện tượng cảm ứng điện từ còn được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như y tế, công nghiệp, không gian… nhằm phục vụ hữu ích vào cuộc sống của con người.
Hiện tượng cảm ứng điện tử thường được ứng dụng làm thiết bị gia dụng cũng như các ứng dụng trong công nghiệp. Điển hình như bếp từ, quạt điện, đèn huỳnh quang, lò vi sóng, máy xay, lò nướng, chuông cửa, loa,… Dưới đây là một số ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ vào cuộc sống.
- Trong thiết bị gia dụng:
Điện từ có vai trò là nguyên tắc cơ bản đối với các thiết bị gia dụng như đèn, thiết bị nhà bếp, hệ thống điều hòa không khí,…
o Quạt điện:
Các hệ thống làm mát nói chung hay quạt điện nói riêng đều sử dụng động cơ điện. Những động cơ này về bản chất hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Với bất kỳ thiết bị điện nào, động cơ điện đều hoạt động bởi từ trường được tạo ra bởi dòng điện theo nguyên lý lực Lorentz.
o Bếp từ:
Thay vì dẫn nhiệt từ lửa như bếp ga hay sử dụng bộ phận làm nóng bằng điện, sản phẩm về bếp từ đã làm nóng nồi nấu bằng cảm ứng từ. Lúc này, dòng điện cảm ứng trực tiếp đã làm nóng dụng cụ nấu bếp. Khi đó, nhiệt độ có thể tăng lên rất nhanh. Với bếp từ, một cuộn dây đồng được đặt dưới một vật liệu cách nhiệt (thường là mặt bếp bằng gốm thủy tinh), và một dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộn dây đồng này.
Từ trường dao động đã được tạo ra một từ thông liên tục từ hóa nồi. Khi đó, nồi đóng vai trò như lõi từ của máy biến áp. Chính điều này đã tạo ra dòng điện xoáy (còn gọi là dòng điện Fuco) lớn ở trong nồi. Sự hoạt động của dòng Fuco đã làm nồi nấu chịu tác dụng của lực hãm điện từ, và qua đó đã gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Lenxơ và làm nóng đáy nồi cũng như thức ăn bên trong nồi.
o Đèn huỳnh quang:
Các hệ thống chiếu sáng sử dụng phổ biến là hệ thống chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang. Trong đèn huỳnh quang, chấn lưu được sử dụng dựa trên nguyên lý điện từ. Và tại thời điểm bật đèn, nó đã tạo ra một điện áp cao trên 2 đầu đèn là phóng điện qua đèn. Dòng điện khi qua đèn sẽ tạo thành ion giúp tác động lên bột huỳnh quang làm đèn phát sáng.
- Trong công nghiệp:
Không chỉ được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện dân dụng. Hiện tượng cảm ứng điện từ còn được con người sử dụng vào hoạt động sản xuất công nghiệp, thậm chí còn được sử dụng vào lĩnh vực y học để chữa bệnh cho con người. Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể của hiện tượng này trong lĩnh vực công nghiệp
o Máy phát điện:
Máy phát điện sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra điện. “Trái tim” của máy phát điện bản chất chính là một cuộn dây trong từ trường. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đó chính là cuộn dây điện khi được quay trong từ trường với tốc độ không đổi sẽ tạo ra điện xoay chiều. Thay vì việc cần sử dụng một cuộn dây quay trong từ trường không đổi, có một cách khác để sử dụng cảm ứng điện từ đó chính là giữ cho cuộn dây đứng yên và quay nam châm vĩnh cữu (cung cấp từ trường và từ thông) xung quanh cuộn dây.
o Tàu điện từ:
Hệ thống giao thông sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ được xem là một trong những công nghệ hiện đại. Tàu đệm từ về bản chất là việc sử dụng nam châm điện mạnh để tăng tốc độ của tàu lên một mức đáng kinh ngạc. Hiện nay, ở Nhật Bản, nhiều đoàn tàu ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ được xây dựng,
tốc độ của những đoàn tàu này vô cùng lớn, một số đoàn tàu thậm chí có tốc độ hơn 500 km/h.
Tàu điện từ sử dụng nguyên tắc cơ bản của nam châm, điển hình là hệ thống treo điện từ (EMS) và hệ thống treo động lực học (EDS). Trong EMS, nam châm điện được sử dụng trên thân tàu sẽ hút vào đường ray sắt. Những nam châm này sẽ bao quanh các đường ray dẫn hướng và lực hấp dẫn giữa các hướng dẫn và nam châm nâng tàu lên. Trong EDS, khi tàu được đẩy bởi lực đẩy trong các hướng dẫn dẫn điện bằng dòng điện cảm ứng.