4.3.1 Từ trường do dịng điện thẳng
Trong thí nghiệm này, chúng tôi sử dụng một dòng điện thẳng, chạy trong dây dẫn dài 1,2m làm nguồn phát sinh từ trường. Trên hình vẽ bên, A là đoạn dây dẫn điện, B là đầu dò từ trường. Đầu dò từ trường có phương vng góc với mặt phẳng tờ giấy. Khoảng cách từ sợi dây đến tâm đầu dò là r. Thay đổi các giá trị dòng điện I và khoảng cách r, ta sẽ có độ lớn cảm ứng từ B do dòng điện tác dụng nên đầu dị khác nhau, tính được theo cơng thức lý thuyết:
0 1 2 (cos cos ) 4 I B R (4.1)
Trên hình 4.7 là tín hiệu ghi nhận được trong trường hợp chọn dây dẫn có độ dài l=1.2m, cường độ dòng điện I=160 mA và khoảng cách r=1cm. Căn cứ theo kết quả mô phỏng tại chương 3, với r lựa chọn như trên, sợi dây có thể được xem là vơ hạn. Khi đó, cảm ứng từ B tại tâm đầu dị được tính:
7 3 8 0 2 4 .10 .160.10 320.10 3, 2 2 2 .1.10 I B T T r (4.2)
Tín hiệu trên hình 4.7 tách biệt thành hai mức: mức cao tương ứng với trạng thái trong dây dẫn có dịng điện I=160 mA, mức thấp ứng với trạng thái dòng điện I=0. Như vậy, thiết bị đã phát hiện rất rõ sự có mặt của từ trường nhỏ bên ngồi đầu dị.
Vì đầu dị có đặc tính rất nhạy với đường sức từ theo phương song song với trục chính, nên việc sử dụng nguồn từ trường của dòng điện thẳng dẫn đến việc giá trị hiệu dụng của B qua đầu dị là nhỏ. Có thể biểu diễn như sau: Bhd=kB0 (4.3)
Ở đây Bhd là cảm ứng từ hiệu dụng tác dụng vào đầu dò (sensor) B0 là giá trị cảm ứng từ tại tâm đầu dị
k hệ số
Thơng qua đó, có thể ước lượng độ nhậy thăng giáng từ trường nhỏ của thiết bị vào cỡ nhỏ hơn 1 μT
Hình 4.7- Từ trường xung quanh dây dẫn thẳng được kích thích bởi dịng điện dạng xung vuông
4.3.2 Từ trường của cuộn dây Xolenoit
Trường hợp dịng điện thẳng dài vơ hạn, từ trường sinh ra được biểu diễn bằng các đường sức trịn khép kín, nằm trên mặt phẳng vng góc với sợi dây. Sử dụng cuộn dây Xolenoit, ta có thể tạo được từ trường đều trong lịng cuộn dây theo phương dọc.
Tính tốn đã chỉ ra rằng, khi chiều dài L của cuộn dây lớn gấp 10 lần đường kính D của nó thì có thể xem từ trường trong vùng tâm cuộn dây là đều.
Chúng tơi đã chế tạo cuộn dây Xolenoit với kích thước L=10cm, D=1cm số vịng cuốn N=120. Với các thơng số cấu tạo như vậy, thí nghiệm tập trung vào khảo sát phản ứng của thiết bị phát hiện thăng giáng từ trường nhỏ khi tồn tại và không tồn tại nguồn từ trường tác động lên đầu dò đặt trong cuộn Xolenoit.
Hình 4.8 là tín hiệu ghi được trên thiết bị ghép nối máy vi tính. Tín hiệu có các dạng xung vng với mức cao tương ứng với trường hợp trong cuộn dây có dịng điện I=0.5 mA, mức thấp tương ứng với trạng thái ngắt dịng.
Hình 4.8- Giá trị quy đổi điện thế của từ trường trong lòng cuộn Xolenoit 120 vịng có dịng điện 0.5 mA dạng xung vng chạy qua
Cảm ứng từ B sinh ra trong lòng cuộn dây Xolenoit khi có dịng I=0.5 mA được tính theo cơng thức:
B=μ0nI= μ0 N
L
I0.7 μT (4.4)