CHƢƠNG 3 : CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
6. DÕNG ĐIỆN PHUCƠ (XỐY)
6.1. Hiện tượng
Khi từ thông qua một khối kim loại biến thiên sẽ sinh ra các suất điện động cảm ứng trong khối kim loại đó tạo ra dịng điện cảm ứng khép mạch trong lòng vật dẫn gọi là dòng điện xốy. Dịng điện xốy do nhà bác học Phucơ ngƣời Pháp tìm ra nên gọi là dịng điện phucơ.
Hình 3.14 Hiện tƣợng dịng điện Phu cơ (xốy)
S N N S
40
6.2. Ý nghĩa
Dịng điện phucơ sẽ chạy qu n trong bản thân kim loại gây tổn hao dƣới dạng nhiệt.
Hình 3.15 Ứng dụng dịng điện Phu cơ trong sản xuất
Ưu điểm: có thể lợi dụng dịng điện phucơ để nấu chảy kim loại trong lò
điện cảm ứng, hoặc cũng có thể ứng dụng “tơi” kim loại trong lị nung cao tần, tạo ra các momen hãm trong các dụng cụ đo
Nhược điểm: sinh ra tổn hao trong mạch từ các khí cụ điện, máy điện, làm
phát nóng thiết bị và gây tổn hao năng lƣợng, khi đó cần phải có biện pháp để làm giảm tác dụng của dòng điện phucơ bằng cách ghép mạch từ của các khí cụ điện, máy điện từ các lá thép mỏng có sơn lớp cách điện, cũng có thể giảm nhỏ tác dụng này bằng cách thay thế các vật liệu từ có từ trở lớn nhƣ ferít, pecmalơi…
6.3. Hiệu ứng mặt ngồi
Hình 3.16 Hiện tƣợng hiệu ứng bề mặt
Hiệu ứng bề mặt là xu hƣớng của dòng điện xoay chiều phân bổ nó trong dây dẫn với mật độ dòng điện gần bề mặt dây dẫn lớn hơn so với ở gần lõi của nó. Nó sinh ra điện trở đủ lớn của dây dẫn với sự tăng lên của tần số dòng điện. Hiệu ứng này lần đầu tiên đƣợc giải thích bởi Lord Kelvin năm 1887. Nikola Tesla và Joseph Stefan cũng phát hiện ra hiệu ứng bề mặt này. Hiệu ứng
41
này có tầm quan trọng thực tế trong thiết kế sự truyền tải và phân phối điện năng, cũng nhƣ trong các đoạn mạch sử dụng sóng radio và vi sóng.
Biểu diễn dƣới dạng tốn học, mật độ dịng điện J trong dây dẫn giảm theo cơ số mũ theo độ sâu δ nhƣ sau:
J = e − δ / d
Trong đó: d là hằng số đƣợc gọi là hằng số độ sâu bề mặt. Nó đƣợc định nghĩa nhƣ là độ sâu dƣới bề mặt của dây dẫn, mà từ đó mật độ dịng điện chỉ bằng 1/e (khoảng 0,37) lần mật độ dòng điện ở bề mặt. Nó có thể tính nhƣ sau:
Trong đó:
ρ = suất điện trở của dây dẫn;
ω = tần số góc của dịng điện = 2π × tần số; μ = độ th m từ tuyệt đối của dây dẫn
Điện trở của một tấm phẳng (dày hơn nhiều so với d) đối với dòng điện xoay chiều là chính xác bằng điện trở của tấm với độ dày d đối với dòng điện một chiều. Đối với các dây dẫn dài, mỏng thì điện trở là xấp xỉ bằng điện trở của một ống dây dẫn rỗng với độ dày của vách là d khi chuyển tải dịng một chiều. Ví dụ, đối với dây dẫn trịn, điện trở xấp xỉ:
D L d ) d D ( L d R Trong đó:
L = độ dài của dây dẫn;
D = đƣờng kính của dây dẫn; Phép tính xấp xỉ cuối cùng trên đây là tƣơng đối chính xác khi D >> d.
CÂU HỎI ƠN TẬP
1. Hiện tƣợng cảm ứng điện từ và nguyên tắc biến cơ năng thành điện năng
2. Hệ số tự cảm và sức điện động tự cảm
42