3. Cảm ứng điện từ
39 3.3 Hiện tượng tự cảm
3.3. Hiện tượng tựcảm
3.3.1 Hiện tượng tự cảm
Khi một cuộn dây có dịng điện biến đổi đi qua sẽ sinh ra từ thơng biến
thiên YL móc vịng qua chính cuộn dây đó. Từ thơng móc vịng này sẽ làm xuất hiện trên cuộn dây một s.đ.đ eL gọi là s.đ.đ tự cảm mà giá trị của nó được xác định theo định luật Maxoen:
e(t) = − dYL = − d(Li) = −L di = −L ∆i (V)
dt dt dt ∆t
Nếu mạch điện kín thì sức điện động này sẽ tạo ra dịng điện tự cảm qua mạch, chiều của dịng điện này có chiều chống lại ngun nhân sinh ra nó (định luật
Len-xơ). Hiện tượng tạo ra sức điện động tự cảm trong mạch do sự biến thiên
của từ thơng móc vịng do chính mạch đó gây ra được gọi là hiện tượng tự cảm. 3.3.2 Hệ số tự cảm
Khi cuộn dây có dịng điện I đi qua sẽ có từ thơng YL móc vịng qua nó. Dịng điện I qua cuộn dây càng lớn thì YL càng tăng.
Tỉ số L = YL đặc trưng cho khả năng tích lũy từ của cuộn dây được gọi là hệ số
I
tự cảm hay điện cảm của cuộn dây.
Nếu cuộn dây có L khơng phụ thuộc YL và I thì gọi là cuộn dây tuyến tính, ngược lại thì gọi là cuộn dây phi tuyến.
3.4. Hiện tượng hỗcảm
3.4.1. Hiện tượng hỗcảm
Xét hai cuộn dây W1 và W2 đặt gần nhau:
Hình 2.16: Hỗ cảm.
Khi có dịng điện i1 chạy qua W1 thì sẽ sinh ra các thành phần từ thơng tự cảm Y11 móc vịng qua chính nó và một lượng từ thơng hỗ cảm F21 móc vịng
qua cuộn W2. Tương tự như thế thì cuộn dây W2 khi có dịng điện i2 chạy qua cũng hình thành các thành phần từ thơng tự cảm Y22 móc vịng qua chính nó và một lượng từ thơng hỗ cảm F12 móc vịng qua cuộn W1 (như trên hình 2.16).
Nếu dịng điện i1 và i2 cùng chạy vào hoặc cùng chạy ra các cực tính của hai cuộn dây để B1 sẽ cùng chiều B2 thì các cực đó gọi là cực cùng tính được đánh dấu (*).
Dòng i1 trên cuộn 1 sinh ra từ thơng móc vịng với chính cuộn 1 là Y11=L1i1 và
sinh ra từ thơng móc vịng với cuộn 2 là F21 = M.i1. Tương tự, dòng i2 trong
cuộn 2 sinh ra từ thơng móc vịng cuộn 1 là Y22=L2i2 và từ thơng móc vịng cuộn 1 là F12 = M.i2. Trong đó L1, L2 là hệsốtựcảmcủacuộn 1 và cuộn 2. M
là hệ số hỗ cảm giữa haicuộn. Từ thơng móc vịng với cuộn 1 là:
40
Y1 = Y11 ± F12 Y1 = L1i1 ± Mi2
Tương tự, từ trường móc vịng cuộn 2 là:
Y2 = Y22 ± F21 Y2 = L2i2 ± Mi1
Dấu (+) nếu 2 dòng điện i1 và i2 cùng đi vào hoặc đi ra khỏi cực cùng tính. Dấu (-) nếu 2 dịng điện i1 và i2 khơng cùng đi vào hoặc ra hai cực cùng tính. Như vậy: Hiện tượng hỗ cảm là hiện tượng xuất hiện từ trường trong cuộn dây
do dịng điện trong cuộn dây khác tạo nên. Thơng số đặt trưng cho hiện tượng hỗ cảm là hệ số hỗ cảm M.
3.4.2. Hệ số hỗ cảm
Hệ số hỗ cảm được ký hiệu là M là đại lượng đặc trưng cho mối quan hệ hỗ cảm giữa hai cuộn dây W1 và W2. Hệ số hỗ cảm M được tính:
3.5. Dịng điện xốy
M = M12 = F12
i2 = M21 =
F21
i1
3.5. 1. Khái niệm dịng điện xốy (dịng Phu cô - FOUCAULT)
Khi từ thông qua một khối kim loại biến thiên (khi khối kim loại chuyển động trong từ trường hoặc từ trường biến thiên qua khối kim loại) sẽ sỉnh ra các s.đ.đ cảm ứng trong khối kim loại đó, các s.đ.đ cảm ứng lại tạo ra một dịng điện cảm ứng khép mạch trong lòng vật dẫn gọi là dòng điện xốy. Dịng điện xốy do nhà bác học Phu-cơ (FOUCAULT) người Pháp tìm ra nên được gọi là dịng điện
Phu-cơ (hình 2.17).
Hình 2.17: Dịng Phu cơ.
Đặc tính chung của dịng điện Phu-cơ là tính chất xốy. Các đường dịng của
dịng Phu- cơ là các đường cong kín trong khối vật dẫn. Nguyên nhân vật lý gây nên dịng điện Phu-cơ chính là lực Lorent.
3.5. 2. Ý nghĩa của dịng điện xốy (dịng Phu cô)
Dịng điện Phucơ là dịng điện xốy chạy trong bản thân các khối kim loại gây tổn hao dưới dạng nhiệt.
Dịng điện Phu-cơ cũng là một hiệu ứng vật lý, trong nhiều hiệu ứng liên quan
đến cảm ứng điện từ, có nhiều ứng dụng hay ý nghĩa thực tiễn. Nó cũng có chung bản chất với hiệu ứng bề mặt trong các dây dẫn điện xoaychiều.
Ưu điểm: Tác dụng từ của dịng Phu- cơ dùng trong chế tạo các dụng cụ điện năng như công tơ điện, phanh điện từ… tạo ra các mômen hãm trong các dụng cụ đo, để hãm chuyển động. Có thể lợi dụng tác dụng nhiệt của dịng Phucơ để nấu chảy kim loại trong lò điện cảm ứng, hoặc cũng có thể ứng dụng để tơi kim loại trong lị nung cao tần, ứng dụng trong các lị vi sóng, bếp từ cơng
41
Hình 2.18: Một số ứng dụng của dịng Phu cơ.
Nhược điểm: Dịng điện Phu-cơ ln chống lại nguyên nhân gây ra nó theo định luật Len-xơ. Nó tạo ra một cảm ứng từ có từ thơng ngược nhằm chống lại sự biến thiên của từ thông đã tạo ra nó; hoặc tương tác với từ trường tạo ra nó
gây ra lực cơ học ln chống lại chuyển động của vật dẫn, sinh ra tổn hao trong mạch từ các khí cụ điện, máy điện, làm phát nóng thiết bị và gây tổn hao năng lượng. Khi đó cần phải có biện pháp để làm giảm tác dụng của dịng điện Phucơ bằng cách ghép mạch từ của các khí cụ điện, máy điện từ các lá thép mỏng có lớp sơn cách điện. Cũng có thể giảm nhỏ tác dụng này bằng cách thay thế các vật liệu có từ trở lớn như ferít, pécmalơi ....
Hình 2.19: Một số biện pháp khắc phục tác hại của dịng Phu cơ. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP:
1. Trình bày hiện tượng cảm ứng điện từ? Nêu ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ?
2. Trình bày hiệntượngtựcảm? Nêu ứngdụngcủa hiệntượng tựcảm?
3. Trình bày hiện tượng hỗ cảm? Nêu ứng dụng của hiện tượng hỗcảm?
4. Trình bày khái niệm dịng điện xốy? Nêu những tác dụng, tác hại của dịng điện xốy và biện pháp khắc phục.