ĐIỆN TỪ TÍNH: ĐƠN VỊ, CÔNG THỨC, TÍNH TOÁN, VÍ DỤ - VẬT LÝ - 2026

Các sự miễn cưỡng từ hoặc kháng từ là phương tiện phản đối việc thông qua những món quà của từ thông: một sự miễn cưỡng hơn khó khăn hơn để thiết lập các từ thông. Trong mạch từ, điện trở có vai trò giống như điện trở trong mạch điện.

Một cuộn dây được mang bởi một dòng điện là một ví dụ về một mạch từ rất đơn giản. Nhờ dòng điện, một từ thông được tạo ra phụ thuộc vào sự sắp xếp hình học của cuộn dây và cả cường độ dòng điện chạy qua nó.

Hình 1. Từ trở là một đặc tính của mạch từ giống như máy biến áp. Nguồn: Pixabay.

Công thức và đơn vị

Ký hiệu từ thông là Φ _m , ta có:

Ở đâu:

-N là số vòng của cuộn dây.

-Cường độ dòng điện là i.

-ℓ _c biểu diễn chiều dài của đoạn mạch.

- A _c là diện tích mặt cắt ngang.

-μ là độ thẩm thấu của môi trường.

Yếu tố trong mẫu số kết hợp hình học cộng với ảnh hưởng của môi trường chính là từ trở của mạch, một đại lượng vô hướng được ký hiệu bằng chữ ℜ, để phân biệt với điện trở. Vì thế:

Trong Hệ đơn vị quốc tế (SI), ℜ được đo bằng nghịch đảo của henry (nhân với số lượt N). Đổi lại, Henry là đơn vị đo độ tự cảm từ, tương đương với 1 tesla (T) x mét vuông / ampe. Như vậy:

1 H ^-1 = 1 A / Tm ²

Vì 1 Tm ² = 1 weber (Wb), sự miễn cưỡng cũng được biểu thị bằng A / Wb (ampe / weber hoặc thường xuyên hơn là ampe-turn / weber).

Từ tính được tính như thế nào?

Vì từ trở có vai trò giống như điện trở trong mạch từ, nên có thể mở rộng sự tương tự bằng định luật Ohm V = IR cho các mạch này.

Mặc dù nó không tuần hoàn đúng cách, nhưng từ thông Φ _m sẽ thay thế cho dòng điện, trong khi thay vì điện áp V, điện áp từ hoặc lực nam châm được xác định, tương tự như sức điện động hoặc emf trong mạch điện.

Lực động từ chịu trách nhiệm duy trì từ thông. Nó được viết tắt là fmm và được ký hiệu là ℱ. Với nó, cuối cùng chúng ta có một phương trình liên hệ giữa ba đại lượng:

Và so sánh với phương trình Φ _m = Ni / (ℓ _c / μA _c ), kết luận rằng:

Bằng cách này, có thể tính được điện từ khi biết dạng hình học của mạch và độ từ thẩm của môi trường, hoặc biết từ thông và lực căng từ, nhờ phương trình cuối cùng này, được gọi là định luật Hopkinson.

Sự khác biệt với điện trở

Phương trình cho từ trở ℜ = ℓ _c / μA _c tương tự như R = L / σA đối với điện trở. Trong trường hợp sau, σ đại diện cho độ dẫn điện của vật liệu, L là chiều dài của dây và A là diện tích tiết diện của nó.

Ba đại lượng: σ, L và A không đổi. Tuy nhiên, độ từ thẩm của môi trường μ, nói chung, không phải là hằng số, do đó từ trở của mạch cũng không phải là hằng số, không giống như mô phỏng điện của nó.

Nếu có sự thay đổi trong môi trường, ví dụ khi truyền từ không khí sang sắt hoặc ngược lại, thì có sự thay đổi về độ từ thẩm, với sự thay đổi do đó là sự miễn cưỡng. Và các vật liệu từ trường cũng trải qua chu kỳ trễ.

Điều này có nghĩa là việc áp dụng một trường bên ngoài làm cho vật liệu giữ lại một phần từ tính, ngay cả sau khi trường bị loại bỏ.

Vì lý do này, mỗi khi tính từ trở, cần phải xác định cẩn thận vị trí của vật liệu trong chu kỳ và từ đó biết được độ từ hóa của nó.

Ví dụ

Mặc dù sự miễn cưỡng phụ thuộc nhiều vào dạng hình học của mạch, nhưng nó cũng phụ thuộc vào độ từ thẩm của môi trường. Giá trị này càng cao, sự miễn cưỡng càng thấp; đó là trường hợp của vật liệu sắt từ. Mặt khác, không khí có độ từ thẩm thấp, do đó từ trở của nó cao hơn.

Solenoids

Một cuộn dây điện từ là một cuộn dây có chiều dài ℓ được tạo ra với N vòng dây, qua đó có dòng điện I chạy qua. Các vòng dây này thường được quấn theo kiểu tròn.

Bên trong nó, một từ trường cường độ cao và đồng nhất được tạo ra, trong khi bên ngoài từ trường trở nên xấp xỉ bằng không.

Hình 2. Từ trường bên trong một điện từ. Nguồn: Wikimedia Commons. Rajiv1840478.

Nếu cuộn dây có dạng hình tròn, nó có hình xuyến. Bên trong có thể có không khí, nhưng nếu đặt lõi sắt thì từ thông cao hơn nhiều, nhờ khoáng chất này có tính thẩm thấu cao.

Cuộn dây quấn trên lõi sắt hình chữ nhật

Có thể chế tạo mạch từ bằng cách quấn cuộn dây trên lõi sắt hình chữ nhật. Bằng cách này, khi dòng điện chạy qua dây dẫn, có thể thiết lập từ thông cường độ cao giới hạn trong lõi sắt, như thể hiện trong hình 3.

Điện trở phụ thuộc vào chiều dài của mạch và diện tích mặt cắt ngang được chỉ ra trong hình. Mạch được hiển thị là đồng nhất, vì lõi được làm bằng một vật liệu duy nhất và tiết diện vẫn đồng nhất.

Hình 3. Một mạch từ đơn giản gồm cuộn dây quấn trên lõi sắt có dạng hình chữ nhật. Nguồn của hình bên trái: Wikimedia Commons. Thường xuyên

Bài tập đã giải

- Bài tập 1

Tìm từ trở của một cuộn dây điện từ một chiều có 2000 vòng, biết rằng khi cho dòng điện 5 A chạy qua nó thì sinh ra từ thông 8 mWb.

Giải pháp

Phương trình ℱ = Ni được sử dụng để tính điện áp từ trường, vì cường độ dòng điện và số vòng trong cuộn dây có sẵn. Nó chỉ nhân lên:

Khi đó việc sử dụng được thực hiện bằng ℱ = Φ _m . ℜ, cẩn thận để biểu thị từ thông trong weber (tiền tố "m" có nghĩa là "milli", vì vậy nó được nhân với 10 ^-3 :

Bây giờ sự miễn cưỡng được xóa và các giá trị được thay thế:

- Bài tập 2

Tính từ trở của mạch điện trong hình vẽ với kích thước như hình vẽ, tính bằng cm. Độ từ thẩm của lõi là μ = 0,005655 T · m / A và diện tích mặt cắt ngang không đổi, 25 cm ² .

Hình 4. Mạch từ của ví dụ 2. Nguồn: F. Zapata.

Giải pháp

Chúng tôi sẽ áp dụng công thức:

Độ thấm và diện tích mặt cắt ngang có sẵn dưới dạng dữ liệu trong báo cáo. Nó vẫn còn để tìm chiều dài của mạch, đó là chu vi của hình chữ nhật màu đỏ trong hình.

Để làm điều này, chiều dài của cạnh ngang được tính trung bình, thêm chiều dài lớn hơn và chiều dài ngắn hơn: (55 +25 cm) / 2 = 40 cm. Sau đó tiến hành theo cách tương tự đối với chiều dọc: (60 +30 cm) / 2 = 45 cm.

Cuối cùng, độ dài trung bình của bốn cạnh được thêm vào:

Trừ các giá trị thay thế trong công thức miễn cưỡng, nhưng không phải trước khi biểu thị chiều dài và diện tích của mặt cắt ngang - đã cho trong câu lệnh - theo đơn vị SI:

Người giới thiệu

1. Alemán, M. Lõi sắt từ. Khôi phục từ: youtube.com.
2. Mạch từ và điện trở. Được khôi phục từ: mse.ndhu.edu.tw.
3. Spinadel, E. 1982. Mạch điện và mạch từ. Thư viện mới.
4. Wikipedia. Lực nam châm. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Điện cảm từ tính. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.