Các cảm ứng điện từ được định nghĩa là sự cảm ứng của một lực điện (điện áp) trong môi trường hoặc gần cơ thể bởi vì sự hiện diện của một từ trường thay đổi. Hiện tượng này được phát hiện bởi nhà vật lý và hóa học người Anh Michael Faraday, vào năm 1831, thông qua định luật Faraday về cảm ứng điện từ.
Faraday đã thực hiện các thử nghiệm với một nam châm vĩnh cửu được bao quanh bởi một cuộn dây và quan sát cảm ứng của điện áp trên cuộn dây đó, và sự lưu thông của dòng điện bên dưới.
Michael Faraday
Định luật này phát biểu rằng điện áp cảm ứng trên một vòng dây kín tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của từ thông khi nó đi qua một bề mặt, theo thời gian. Do đó, có thể gây ra sự hiện diện của một hiệu điện thế (hiệu điện thế) trên một vật thể liền kề do ảnh hưởng của các từ trường khác nhau.
Đổi lại, điện áp cảm ứng này làm phát sinh dòng điện tuần hoàn tương ứng với điện áp cảm ứng và trở kháng của đối tượng phân tích. Hiện tượng này là nguyên lý hoạt động của hệ thống điện và các thiết bị sử dụng hàng ngày, chẳng hạn như: động cơ, máy phát và máy biến điện, lò cảm ứng, cuộn cảm, pin, v.v.
Công thức và đơn vị
Cảm ứng điện từ mà Faraday quan sát được đã được chia sẻ với thế giới khoa học thông qua mô hình toán học cho phép tái tạo loại hiện tượng này và dự đoán hành vi của chúng.
Công thức
Để tính toán các thông số điện (hiệu điện thế, cường độ dòng điện) liên quan đến hiện tượng cảm ứng điện từ, trước hết cần xác định giá trị của cảm ứng từ, hiện nay gọi là từ trường.
Muốn biết từ thông truyền qua một bề mặt nào đó thì phải tính tích của cảm ứng từ theo diện tích nói trên. Vì thế:
Ở đâu:
Φ: Từ thông
B: Cảm ứng từ
S: Bề mặt
Định luật Faraday chỉ ra rằng sức điện động gây ra trên các vật thể lân cận được cho bởi tốc độ thay đổi của từ thông theo thời gian, như chi tiết dưới đây:
Ở đâu:
ε: Sức điện động
Bằng cách thay thế giá trị của từ thông trong biểu thức trước, chúng ta có kết quả sau:
Nếu tích phân được áp dụng cho cả hai vế của phương trình để phân định một đường đi hữu hạn cho khu vực liên kết với từ thông, sẽ thu được một phép tính gần đúng chính xác hơn.
Hơn nữa, việc tính toán sức điện động trong một mạch kín cũng bị hạn chế theo cách này. Do đó, khi áp dụng tích phân trong cả hai phần tử của phương trình, ta nhận được rằng:
Đơn vị đo lường
Cảm ứng từ được đo trong Hệ đơn vị quốc tế (SI) trong Teslas. Đơn vị đo lường này được biểu thị bằng chữ T, và tương ứng với tập hợp các đơn vị cơ bản sau.
Một tesla tương đương với cảm ứng từ đồng nhất tạo ra từ thông 1 weber trên bề mặt một mét vuông.
Theo Hệ đơn vị thập phân (CGS), đơn vị đo cảm ứng từ là gauss. Mối quan hệ tương đương giữa cả hai đơn vị như sau:
1 tesla = 10.000 gauss
Đơn vị đo cảm ứng từ mang tên kỹ sư, nhà vật lý và nhà phát minh người Serbo-Croatia Nikola Tesla. Nó được đặt tên theo cách này vào giữa những năm 1960.
Làm thế nào nó hoạt động?
Nó được gọi là cảm ứng bởi vì không có kết nối vật lý giữa các phần tử chính và phụ; Do đó, mọi thứ diễn ra thông qua các kết nối gián tiếp và vô hình.
Hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra khi có sự tương tác của các đường sức của từ trường biến thiên lên các êlectron tự do của một phần tử dẫn gần đó.
Muốn vậy, vật thể hoặc phương tiện mà cảm ứng xảy ra phải được bố trí vuông góc với đường sức của từ trường. Bằng cách này, lực tác dụng lên các điện tử tự do lớn hơn và do đó, cảm ứng điện từ mạnh hơn nhiều.
Ngược lại, chiều chuyển động của dòng điện cảm ứng được cho bởi hướng của các đường sức của từ trường biến thiên.
Mặt khác, có ba phương pháp mà thông qua từ trường có thể thay đổi để tạo ra sức điện động trên một vật thể hoặc vật thể gần đó:
1- Điều chỉnh môđun của từ trường, thông qua các biến đổi về cường độ của dòng chảy.
2- Thay đổi góc giữa từ trường và bề mặt.
3- Sửa đổi kích thước của bề mặt vốn có.
Sau đó, một khi từ trường đã được biến đổi, một suất điện động được tạo ra trong vật thể lân cận, lực điện động này phụ thuộc vào điện trở lưu thông mà nó sở hữu (trở kháng), sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng.
Theo thứ tự ý tưởng đó, tỷ lệ dòng điện cảm ứng nói trên sẽ lớn hơn hoặc nhỏ hơn dòng điện sơ cấp, tùy thuộc vào cấu hình vật lý của hệ thống.
Ví dụ
Nguyên lý cảm ứng điện từ là cơ sở hoạt động của máy biến điện áp.
Tỷ số biến đổi của máy biến điện áp (bước xuống hoặc bước lên) được cho bởi số cuộn dây mà mỗi cuộn dây của máy biến áp có.
Như vậy, tùy thuộc vào số lượng cuộn dây, điện áp trên thứ cấp có thể cao hơn (biến áp nấc) hoặc thấp hơn (biến áp hạ bậc), tùy thuộc vào ứng dụng trong hệ thống điện liên kết.
Theo cách tương tự, các tuabin phát điện ở các trung tâm thủy điện cũng hoạt động nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ.
Trong trường hợp này, các cánh tuabin di chuyển trục quay nằm giữa tuabin và máy phát. Điều này sau đó dẫn đến sự chuyển động của rôto.
Đổi lại, rôto được tạo thành từ một loạt các cuộn dây, khi chuyển động, sẽ sinh ra từ trường biến thiên.
Loại thứ hai tạo ra một sức điện động trong stato máy phát, được kết nối với một hệ thống cho phép năng lượng được tạo ra trong quá trình được vận chuyển trực tuyến.
Thông qua hai ví dụ nêu trên, có thể phát hiện cảm ứng điện từ là một phần của cuộc sống chúng ta như thế nào trong các ứng dụng cơ bản của cuộc sống hàng ngày.
Người giới thiệu
- Cảm ứng điện từ (sf). Phục hồi từ: Electronics-tutorials.ws
- Cảm ứng điện từ (sf). Phục hồi từ: nde-ed.org
- Ngày nay trong lịch sử. Ngày 29 tháng 8 năm 1831: Cảm ứng điện từ được phát hiện. Được khôi phục từ: mx.tuhistory.com
- Martín, T. và Serrano, A. (nd). Cảm ứng từ. Đại học Bách khoa Madrid. Madrid, Tây Ban Nha. Đã khôi phục từ: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Cảm ứng điện từ. Phục hồi từ: euston96.com
- Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí (2018). Tesla (chiếc). Phục hồi từ: es.wikipedia.org