1. Từ thông được hiểu như thế nào?
- Định nghĩa:
Giả sử có một đường cong phẳng kín (C) là chu vi giới hạn một mặt có diện tích S, được đặt trong từ trường đều Công thức tính từ thông hay nhất. Trên mặt S vẽ vectơ Công thức tính từ thông hay nhất có độ dài bằng đơn vị theo một hướng xác định (tùy ý chọn),Công thức tính từ thông hay nhất được gọi là vecto pháp tuyến dương. Gọi α là góc tạo bởi Công thức tính từ thông hay nhất và Công thức tính từ thông hay nhất, ta định nghĩa từ thông qua mặt S là đại lượng kí hiệu Φ, cho bởi: Φ = B.S.cosα Công thức tính từ thông hay nhất Như vậy, từ thông để diễn tả số đường sức từ xuyên qua một diện tích nào đó.
- Công thức – đơn vị đo
Từ thông qua một diện tích S đặt trong từ trường đều là:
F = BScosa
Trong đó:
+ Φ là từ thông;
+ B là cảm ứng từ, có đơn vị tesla (T);
+ S là diện tích mặt kín C, có đơn vị m2;
+ a là góc giữa pháp tuyến
Nếu đặt khung dây có N vòng thì từ thông qua khung dây là:
Φ = NBScosa
+ Trong hệ SI, đơn vị của từ thông là vêbe, kí hiệu là Wb.
1Wb = 1T.1m2.
- Mở rộng
Từ thông là đại lượng đại số. Dấu của từ thông phụ thuộc vào việc chọn chiều của vecto
Nếu α là góc nhọn (0 < α < 900) thì từ thông Φ >0.
Nếu α là góc tù (900 < α < 1800) thì từ thông Φ < 0.
Nếu α = 900 thì Φ = 0
Nếu α = 0 thì Φ = B.S
Từ công thức từ thông, ta suy ra công thức xác định B hoặc S, hoặc α.
2. Ý nghĩa của từ thông
Thực tế, có rất nhiều những vật dụng hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Một vài ứng dụng của nó trong đời sống như:
- Bếp từ: Một ứng dụng của cảm ứng từ chính là bếp từ (hay còn gọi là bếp điện từ).
Khác với các loại bếp làm nóng bằng lửa hoặc bằng điện thì bếp từ hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ.
Cấu tạo của bếp từ sẽ bao gồm một cuộn dây được đặt dưới một vật liệu cách nhiệt (thường là mặt bếp bằng gốm thủy tinh). Cuộn dây này sẽ có từ trường biến thiên tần số cao có thể thay đổi được. Nguyên lý hoạt động của bếp từ Nguyên lý hoạt động của bếp từ Khi ta cắm điện bếp từ, một dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộn dây đồng này và sẽ sinh ra trên cuộn dây 1 từ trường biến thiên.
Khi đặt nồi lên bếp, đáy nồi sẽ bị nhiễm từ và sinh ra dòng điện Fu-cô. Do tác dụng của dòng Fu-cô, nồi nấu chịu tác dụng của lực hãm điện từ, từ đó; gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Lenxơ và làm nóng đáy nồi cũng như thức ăn bên trong.
- Quạt điện: Các loại quạt điện nói chung hay các thiết bị làm mát nói chung đều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ. Trong đó, dòng điện sẽ được biến đổi thành từ trường và làm quay động cơ, cánh quạt.
- Ý nghĩa của từ thông – Ứng dụng của cảm ứng điện từ trong công nghiệp:
+ Tạo ra dòng điện xoay chiều – chế tạo máy phát điện:
Cấu tạo chính của máy phát điện sẽ bao gồm các dây dẫn điện được quấn trên 1 lõi sắt (được gọi là Stato) và 1 nam châm vĩnh cửu.
Dòng điện Fu-cô chạy trong kim loại chuyển cơ năng thành năng lượng của dòng điện. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là động cơ tua bin hơi, tua bin nước, tua bin gió; động cơ đốt trong và các nguồn cơ năng khác.
+ Máy biến dòng:
Hay còn được gọi là máy biến dòng điện hoặc C.T (Current Transformer).
Đây là một thiết bị chuyên dùng để biến đổi dòng điện có giá trị cao sang dòng chuẩn 5A hoặc 10A.
Có thể nói tất cả các thiết bị điện trong nhà máy đều phải thông qua máy biến dòng để tránh tình trạng bị chập cháy hoặc dòng điện tăng/giảm đột ngột gây hư hỏng thiết bị.
- Biến đổi dòng điện xoay chiều:
Một ứng dụng quan trọng khác của cảm ứng điện từ là máy biến điện. Máy biến áp là một thiết bị thay đổi năng lượng điện xoay chiều ở một cấp điện áp sang cấp khác; thông qua hoạt động của từ trường. Một máy biến áp giảm áp là trong đó điện áp trong sơ cấp cao hơn điện áp thứ cấp. Ngược lại là máy tăng áp. Các công ty điện lực sử dụng một máy tăng áp để tăng điện áp lên 100 kV; giúp giảm dòng điện và giảm thiểu tổn thất điện năng trong các đường dây truyền tải. Mặt khác, các mạch điện gia dụng sử dụng các máy giảm áp để giảm điện áp xuống hoặc 220V để sử dụng các thiết bị điện trong nhà.
- Các loại cảm biến đo lưu lượng:
Máy đo lưu lượng điện từ hay cảm biến đo lưu lượng được sử dụng để đo vận tốc của một số chất lỏng.
Cấu tạo của các loại cảm biến đo lưu lượng này là 1 đường ống cách điện; trong đó chất lỏng đang chảy.
Theo định luật Faraday, một lực điện động được tạo ra trong nó. Suất điện động cảm ứng này tỷ lệ thuận với tốc độ của chất lỏng chảy.
Khi tính được suất điện động này, ta sẽ tính ra được tốc độ của chất lỏng chảy trong đường ống.
3. Một số bài tập từ thông cơ bản
Bài 1: Một ống dây có hệ số tự cảm L = 0,1 (H), cường độ dòng điện qua ống dây là 2 (A). Tính từ thông riêng của ống.
Bài giải:
Áp dụng công thức tính từ thông riêng: F = Li = 0,1.2 = 0,2 (Wb)
Đáp án: 0,2 Wb.
Bài 2: Một ống dây có hệ số tự cảm L = 0,1 (H), từ thông riêng qua ống dây là 0,5 Wb. Tính cường độ dòng điện qua ống dây.
Bài giải:
Áp dụng công thức tính từ thông riêng: F = Li => i = Φ : L = 0,5 : 0,1 = 5 (A)
Đáp án: 5 A.
Bài 3: Một khung dây phẳng giới hạn diện tích S = 5 cm2 gồm 20 vòng dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ từ B = 0,1 T sao cho mặt phẳng khung dây hợp với véc tơ cảm ứng từ một góc 60o. Tính từ thông qua diện tích giới hạn bởi khung dây.
Hướng dẫn
α = ( → n , → B ) = 30o
Φ = N.BS.cos α = 8,7.10-4 Wb.
Bài 4: Một khung dây hình vuông cạnh 5 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 8.10-4 T. Từ thông qua hình vuông đó bằng 10-6 Wb. Tính góc hợp giữa véc tơ cảm ứng từ và véc tơ pháp tuyến của hình vuông đó.
Hướng dẫn Φ = N.BS.cos α => cosα = 0,5 => α = 60o
Bài tập 5: Một khung dây có các tiết diện là hình tròn bán kính khung dây là 20cm, khung dây được đặt vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có B = 2/10-5T. Hãy xác định giá trị của từ thông xuyên qua khung dây nói trên.
Hướng dẫn
Bài 6: Một khung dây hình tam giác vuông có độ dài cạnh huyền là 10cm và một cạnh góc vuông là 8cm. Cả khung dây được đưa vào từ trường đều sao cho các đường sức từ vuông góc với khung dây, từ thông xuyên qua khung dây là 1,2.10-7Wb, tìm B.
Hướng dẫn
Bài 7: Một khung dây hình tròn đường kính d = 10cm, Cho dòng điện I = 20A chạy trong dây dẫn. a/ Tính cảm ứng từ B do dòng điện gây ra tại tâm của khung dây. b/ Tính từ thông xuyên qua khung dây.
Hướng dẫn
Bài 8: Một khung dây có chiều dài l = 40cm. Gồm 4000 vòng, cho dòng điện I = 10A chạy trong ống dây a/ Tính cảm ứng từ B trong ống dây b/ Đặt đối diện với ống dây một khung dây hình vuông, cạnh a = 5cm, tính từ thông xuyên qua khung dây.
Hướng dẫn
Bài 9: Một khung dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,06 T sao cho mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ. Từ thông qua khung dây là 1,2.10 − 5 Wb. Tính bán kín vòng dây.
Hướng dẫn:
α = ( → n , → B ) = 0o Φ = N.BS.cos α = BπR2cosα => R = 8.10-3 m
Trên đây là một số các kiến thức về nội dung của công thức tính từ thông. Để hiểu hơn nội dung liên quan đến nội dung trên, tham khảo: Vật lý 11: Công thức Thấu kính. Trân trọng.
