Cảm ứng điện từ

Sự xuất hiện trong cảm ứng EMF của dây dẫn

Nếu bạn đặt từ trường dây và di chuyển nó sao cho nó vượt qua các đường sức khi nó di chuyển, khi đó dây sẽ có suất điện độngĐược gọi là cảm ứng EMF.

Một EMF cảm ứng sẽ xảy ra trong dây dẫn ngay cả khi bản thân dây dẫn đứng yên và từ trường sẽ di chuyển, cắt dây dẫn bằng các đường sức của nó.

Nếu dây dẫn trong đó EMF cảm ứng được đóng lại với bất kỳ mạch bên ngoài nào, thì dưới tác động của EMF này, một dòng điện sẽ chạy qua mạch, cái gọi là dòng điện cảm ứng.

Hiện tượng xuất hiện cảm ứng trường điện từ trong một vật dẫn khi nó đi qua các đường sức từ của nó gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

Cảm ứng điện từ là quá trình ngược lại, nghĩa là chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện.

Hiện tượng cảm ứng điện từ được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện… Thiết bị của các loại máy điện khác nhau dựa trên công dụng của nó.

Độ lớn và hướng của cảm ứng EMF

Bây giờ chúng ta hãy xem xét độ lớn và hướng của EMF cảm ứng trong dây dẫn sẽ như thế nào.

Độ lớn của EMF cảm ứng phụ thuộc vào số đường sức đi qua dây trên một đơn vị thời gian, tức là vào tốc độ chuyển động của dây trong trường.

Độ lớn của EMF cảm ứng tỷ lệ thuận với tốc độ chuyển động của dây dẫn trong từ trường.

Độ lớn của EMF cảm ứng cũng phụ thuộc vào độ dài của phần dây được cắt ngang bởi các đường sức. Phần của dây dẫn bị các đường sức cắt ngang càng lớn thì suất điện động cảm ứng trong dây dẫn càng lớn. Cuối cùng, từ trường càng mạnh, tức là cảm ứng của nó càng lớn, thì EMF trong dây dẫn đi qua trường này càng lớn.

Do đó, giá trị EMF của cảm ứng xảy ra trong một dây dẫn khi nó chuyển động trong từ trường tỷ lệ thuận với cảm ứng của từ trường, chiều dài của dây dẫn và tốc độ chuyển động của nó.

Sự phụ thuộc này được thể hiện bằng công thức E = Blv,

trong đó E là EMF cảm ứng; B — cảm ứng từ; I là chiều dài của dây; v là vận tốc của dây.

Cần phải nhớ chắc chắn rằng trong một dây dẫn chuyển động trong từ trường, EMF của cảm ứng chỉ xảy ra nếu dây dẫn này bị cắt ngang bởi các đường sức từ của trường. Nếu dây dẫn di chuyển dọc theo các đường sức, nghĩa là nó không bắt chéo mà dường như trượt dọc theo chúng, thì không có EMF nào được tạo ra trong đó. Do đó, công thức trên chỉ đúng khi ống dây chuyển động vuông góc với các đường sức từ.

Hướng của emf cảm ứng (cũng như dòng điện trong dây) phụ thuộc vào hướng chuyển động của dây. Có một quy tắc bàn tay phải để xác định hướng của EMF cảm ứng.

Nếu bạn giữ lòng bàn tay phải sao cho các đường sức từ đi vào nó và ngón tay cái uốn cong sẽ biểu thị hướng chuyển động của dây dẫn, thì bốn ngón tay mở rộng sẽ biểu thị hướng tác động của EMF cảm ứng và hướng của dòng điện trong dây dẫn.

quy tắc bàn tay phải

Cảm ứng EMF trong cuộn dây

Chúng tôi đã nói rằng để tạo ra một EMF cảm ứng trong một dây dẫn, cần phải di chuyển chính dây dẫn đó hoặc từ trường vào trong một từ trường. Trong cả hai trường hợp, dây phải được cắt ngang bởi các đường sức từ của trường, nếu không sẽ không có emf nào được tạo ra. Suất điện động cảm ứng, và do đó là dòng điện cảm ứng, không chỉ có thể xuất hiện trong dây dẫn thẳng mà còn xuất hiện trong dây dẫn xoắn thành cuộn dây.

Khi di chuyển vào trong cuộn dây của một nam châm vĩnh cửu, một EMF được tạo ra trong nó do từ thông của nam châm đi qua các vòng quay của cuộn dây, nghĩa là giống như khi di chuyển một dây dẫn thẳng trong từ trường của nam châm.

Nếu nam châm được hạ từ từ vào cuộn dây, thì EMF phát sinh trong nó sẽ nhỏ đến mức kim của thiết bị thậm chí có thể không bị lệch. Ngược lại, nếu nam châm được đưa nhanh vào cuộn dây thì độ lệch của mũi tên sẽ lớn. Điều này có nghĩa là cường độ của EMF cảm ứng và theo đó, cường độ dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc vào tốc độ của nam châm, nghĩa là tốc độ các đường sức của trường đi qua các vòng của cuộn dây. Nếu bây giờ, luân phiên, ban đầu đưa một nam châm mạnh và sau đó một nam châm yếu vào cuộn dây với cùng tốc độ, thì bạn sẽ nhận thấy rằng với một nam châm mạnh, kim của thiết bị sẽ lệch một góc lớn hơn.Điều đó có nghĩa là độ lớn của EMF cảm ứng và theo đó, cường độ dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc vào độ lớn của từ thông của nam châm.

Cuối cùng, nếu cùng một nam châm được đưa vào với cùng tốc độ, đầu tiên vào một cuộn dây có số vòng quay lớn, sau đó với số vòng quay nhỏ hơn nhiều, thì trong trường hợp đầu tiên, kim của thiết bị sẽ lệch một góc lớn hơn so với trong trường hợp đầu tiên. thư hai. Điều này có nghĩa là cường độ của EMF cảm ứng và theo đó, cường độ dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc vào số vòng dây của nó. Có thể thu được kết quả tương tự nếu sử dụng nam châm điện thay cho nam châm vĩnh cửu.

Hướng cảm ứng của EMF trong cuộn dây phụ thuộc vào hướng chuyển động của nam châm. Làm thế nào để xác định hướng của EMF của cảm ứng, cho biết định luật do E. H. Lenz thiết lập.

Định luật Lenz về cảm ứng điện từ

Bất kỳ sự thay đổi nào của từ thông bên trong cuộn dây đều kèm theo sự xuất hiện của EMF cảm ứng trong đó và sự thay đổi của từ thông xuyên qua cuộn dây càng nhanh thì EMF trong đó càng lớn.

Nếu cuộn dây tạo ra EMF cảm ứng được đóng với mạch ngoài, thì dòng điện cảm ứng chạy qua các vòng của nó, tạo ra từ trường xung quanh dây dẫn, do đó cuộn dây biến thành điện từ. Hóa ra là từ trường bên ngoài thay đổi tạo ra một dòng điện cảm ứng trong cuộn dây, từ đó tạo ra từ trường riêng của nó xung quanh cuộn dây—trường dòng điện.

Nghiên cứu hiện tượng này, E. H. Lenz đã thiết lập một định luật xác định hướng của dòng điện cảm ứng trong cuộn dây và theo đó, hướng của EMF cảm ứng.Suất điện động cảm ứng xảy ra trong cuộn dây khi từ thông thay đổi trong nó tạo ra dòng điện trong cuộn dây theo hướng sao cho từ thông của cuộn dây do dòng điện này tạo ra ngăn cản từ thông bên ngoài thay đổi.

Định luật Lenz có giá trị đối với mọi trường hợp cảm ứng dòng điện trong dây dẫn, bất kể hình dạng của dây dẫn và cách đạt được sự thay đổi của từ trường bên ngoài.

Khi nam châm vĩnh cửu chuyển động so với cuộn dây nối với các cực của điện kế hoặc khi cuộn dây chuyển động so với nam châm thì sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng.

Dòng điện cảm ứng trong vật dẫn lớn

Từ thông thay đổi có khả năng tạo ra một EMF không chỉ trong các vòng quay của cuộn dây mà còn trong các dây dẫn kim loại lớn. Xuyên qua độ dày của một dây dẫn lớn, từ thông tạo ra một EMF trong nó, tạo ra dòng điện cảm ứng. Những cái gọi là dòng điện xoáy trải trên một sợi dây liền và bị đoản mạch trong đó.

Lõi của máy biến áp, lõi từ của các máy móc và thiết bị điện khác nhau chỉ là những dây dẫn lớn được đốt nóng bởi dòng điện cảm ứng phát sinh trong chúng. Hiện tượng này là không mong muốn, do đó, để giảm độ lớn của dòng điện cảm ứng, các bộ phận của máy điện và lõi của máy biến áp không lớn mà bao gồm các tấm mỏng cách điện với nhau bằng giấy hoặc một lớp vecni cách điện. Do đó, đường truyền của dòng điện xoáy dọc theo khối lượng của dây dẫn bị chặn.

Nhưng đôi khi trong thực tế dòng điện xoáy cũng được sử dụng như dòng điện hữu ích. Việc sử dụng các dòng điện này dựa trên, ví dụ, công việc lò sưởi cảm ứng, công tơ điện và cái gọi là bộ giảm chấn từ tính của các bộ phận chuyển động của dụng cụ đo điện.

Xem thêm: Hiện tượng cảm ứng điện từ trong tranh