công thức tính từ thông qua khung dây

Công thức tính từ thông

Để giải quyết được các bài toán liên quan đến từ thông – Mặc định anh em phải sử dụng các công thức tính. Tuy nhiên; chúng ta phải hiểu được bản chất và sự di chuyển của từ thông thì hiển nhiên chúng ta sẽ nhớ được công thức và cách thuyết trình

Vậy từ định nghĩa từ thông là gì ? Nguyên lý hoạt động của từ thông như thế nào sẽ được chia sẻ chi tiết trong bài này !

Từ thông là gì ?

Từ thông là từ trường được sinh ra từ một khung dây đồng cuốn thành vòng tròn. Về số vòng thì tùy thuộc ứng dụng để quấn. Số vòng dây này sẽ đi xuyên qua một thanh nam châm vĩnh cửu

Trên nguyên tắc; từ thông thể hiện cho hiện tượng từ truyền xuyên qua nam châm vĩnh cửu. Nam châm tạo từ trường càng lớn thì lượng từ thông được sản sinh càng nhiều

Đơn vị của từ thông

Ký hiệu của từ thông Φ hay còn gọi là phi. Ngoài ra; từ thông còn được gọi là vê be ký hiệu theo đơn vị là Wb. Tuy nhiên; đa phần đều sử dụng Φ là ký hiệu thông dụng phổ biến của từ thông

Ví dụ về từ thông

Để các bạn hình dung dễ dàng hơn tôi sẽ phân tích một ví dụ ngoài luồng cụ thể:

Chúng ta lấy một cái quạt mini khởi động nó lên thì lượng gió sẽ đi theo một hướng. Ta lấy một tấm giấy vuông góc lớn

Trường hợp để nằm ngang thì lượng gió thổi qua nhiều

Trường hợp nằm chéo trước quạt thì lượng gió thổi qua ít lại

Và trường hợp chắn vuông góc với hướng gió thổi thì lúc này lượng gióa thổi qua ít nhiều còn tùy thuộc vào tiết diện giấy hoặc độ mạnh của quạt. Đối với từ thông như trên cũng hoàn toàn như vậy

Hoặc ai có con cảm biến siêu âm đo mức nước bị hư. Bạn chỉ cần tháo lắp thiết bị đó ra sẽ thấy cục nam châm vĩnh cửu và cuộn dây tạo từ trường. Đối với dòng từ trường mặc dù nó có sự dịch chuyển mạnh mẽ nhưng chúng ta không bao giờ thấy. Bản chất dòng siêu âm cũng vậy. Hoạt động theo nguyên lý bắn sóng một cách vô hình

Nguyên lý tạo ra từ thông

Nếu phân tích ở một góc độ nào đó ta sẽ thấy rõ đường truyền của các tia cảm ứng điện từ luôn là một đường thẳng song song với nhau được ký hiệu là B

Đồng thời; các đường truyền này nó sẽ truyền vuông góc với tiết diện nam châm hay còn gọi là tiết diện S. Và tất nhiên; khi dòng cảm ứng điện từ và tiết diện nam châm cùng chỉ về một hướng song song với nhau thì lúc này không sản sinh ra từ thông

Chính vì vậy; từ thông được sinh ra khi và chỉ khi cảm biến điện từ tạo góc với tiết diện S hay còn gọi là từ trường của nam châm vĩnh cửu

Công thức tính từ thông qua khung dây

Φ = N . B . Scosα

Trong đó thể hiện:

• Φ chính là đơn vị từ thông được sinh ra từ hiện tượng cảm ứng
• N: Tổng số vòng dây quấn tạo nên khung dây
• B: hiện diện cho các dòng cảm ứng từ
• S: Diện tích hay còn gọi là độ rộng để từ thông xuyên qua =>S càng lớn thì thông Φ càng lớn Và cuối cùng α là chính là góc được tạo ta bắt nguồn từ 2 vecto pháp tuyến của khung dây và cảm ứng từ ( n⃗ và B⃗ )

Để mà có từ thông luôn luôn ở trạng thái dương + thì bắt buộc các góc α được tạo ra phải là góc nhọn

Vậy câu hỏi đặt ra yếu tố từ thông Φ riêng của một mạch kín phụ thuộc vào cái gì ?

Đáp án:

• Từ thông thay đổi dựa vào một trong 4 yếu tố sau:
• Từ trường qua khu dây thay đổi
• Tăng giảm số vòng dây quấn quanh khung
• Tăng giảm tiết diện dây dẫn
• Góc α

Chính vì từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc vào những nhân tố này; mới dẫn đến hiện tượng có dòng điện hoặc không. Hoặc dòng điện yếu mạnh…..

Công thức tính từ thông cực đại

Từ thông cực đại được tạo ra bởi công thức Φmax = B.S

Từ thông cực đại được tạo ra khi góc α nằm trong 2 trường hợp n⃗ và B⃗ tạo góc 0 độ C và 180 oC Điều này có nghĩa là cảm ứng điện từ và từ trường tiết diện S nó chạy song song với nhau; và không tạo ra góc

Công thức tính từ thông cực tiểu

Từ thông cực tiểu có nghĩa là không sinh ra từ thông. Mà trường hợp từ thông không được sản sinh bởi lý do góc α = 90 độ xảy ra khi góc n⃗ và B⃗ tạo góc vuông

Các bạn lưu ý 2 phần này nhé. Đây là những câu trắc nghiệm thường ra nhất trong thi cử hiện nay bằng các câu hỏi trắc nghiệm

Từ 2 công thức trên ta thấy dù ở bất cứ trường hợp nào thì công thức tính không thay đổi. Điều này có khẳng đình gì ?

Có nghĩa là nguyên tắc hoạt động của từ thông hoàn toàn không phụ thuộc vào độ nhiễu tín hiệu từ các môi trường bên ngoài gây ra !

Ví dụ bài toán về từ thông

Ví dụ 1:

Giả sử bài toán yêu cầu thế này: Có một khung dây đồng được cuốn phẳng dẹt với số vòng dây độ 1500 vòng, diện tích mỗi vòng là 39 cm2

Trong bài toán thể hiện khung quây xoay đều quanh một trục vít đối xứng nhau. Hướng của cảm ứng điện từ so với trục quay tạo một góc 0 độ và có độ lớn 0,5T. Yêu cầu tính từ thông cực đại chạy quay khung dây

Theo công thức trên ta có:

Φ = N . B . Scosα = 1500 * 0,5 * 39*10^-4 = 2,925Wb

Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì

Để biết được hiện tượng cảm ứng điện từ là gì ? Trước tiên ta nên tìm hiểu định nghĩa về dòng điện cảm ứng. Vậy ?

Dòng điện cảm ứng là gì

Theo lý thuyết mặc định:

Thì dòng điện cảm ứng được tạo ra bởi sự tác động giữa nam châm vĩnh cửu và số vòng dây cuốn. Tất nhiên trong trường hợp này; thì dù nam châm có di chuyển lại gần hoặc chạy đi xa số vòng dây ở một khoảng cách nhất định thì chắc chắn sẽ tạo ra điện và từ thông vây quanh khung dây và đây cũng là điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng

Đây cũng là mối quan hệ qua lại giữa dòng điện cảm ứng và từ thông. Hay còn gọi diện cảm ứng tạo ra bởi từ thông tăng giảm

Cách xác định chiều dòng điện cảm ứng

Về từ trường tạo ra dòng điện B⃗ có tới 2 chiều được thể hiện:

• Chiều B⃗ của từ trường ban đầu
• Và chiều B⃗ khi dòng điện cảm ứng điện từ được sản sinh ra

Ở phần này có liên hệ rất lớn tới định luật Len – xơ

Định luật len xơ về chiều dòng điện cảm ứng

Nhiều định nghĩa về đinh luật len xơ hay còn gọi là định luật lenz . Và ngay cả sách giao khoa tôi cũng thấy hơi mơ hồ. Chính vì vậy tôi sẽ thể hiện định luật này cho bạn đọc dễ hiểu nhất !

Theo Len xơ ( định luật faraday về cảm ứng điện từ ) thì Từ trường (B⃗1) mà dòng điện cảm ứng điện từ sau khi được tạo ra – đối kháng với sự biến thiên linh động của từ thông => do từ trường ban đầu (B⃗2) sinh ra

Như vậy: Để xác định được một trong 2 chiều này ta thể hiện như sau:

Từ thông tăng khi và chỉ khi ta đưa nam châm lại gần. Lúc này hướng B⃗1 sẽ là hướng N ( Hướng Nam ) như hình. Và sự đối kháng của B⃗2 ta hiển nhiên sẽ là chiều ngược lại so với B⃗1 có nghĩa là hướng S ( Theo lý thuyết là hướng bắc )

Thế nào là hiện tượng cảm ứng điện từ

Hiện tượng cảm ứng điện từ là một hiện tượng xảy ra khi và chỉ khi dòng điện cảm ứng được sinh ra

Một điểm rất quan trọng: Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ xuất hiện trong thời gian nhất định và chỉ xảy ra khi có sự thay đổi linh hoạt lên xuống của từ thông

Còn dân kỹ thuật chúng tôi chỉ đơn giản !

Hiện tượng cảm ứng điện từ là một hiện tượng xuất hiện -> suất điện động – trong khung dây khi mà từ thông đi xuyên qua khung dây có sự thay đổi rõ rệt

Suất điện động là gì

Thực ra; suất điện động cảm ứng hay còn gọi là sức điện động là một một loại cảm ứng điện được sinh ra từ sự xuất hiện một dòng điện cảm ứng trong mạch kín có chiều chạy xung quanh mạch kín

Công thức tính suất điện động cảm ứng

Dưới đây; là hình ảnh mô tả chi tiết về công thức tính toán các suất điện động cảm ứng thường sử dụng trong thi cử

Cách kiểm tra có suất điện động cảm ứng

Để các bạn rõ hơn mình sẽ đưa ra ví dụ thực tế chứng minh hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra như thế nào ?

Cách 1:

Vật liệu cần:

• 1 ống nhựa quận dây đồng tầm 4500 vòng
• Nam châm vĩnh cửu ( Nếu không có thanh to ta có thể lấy các thanh nhỏ nối lại)
• Đèn Led ( Nhận biết có dòng điện hay không )
• Dây đẫn điện
• Ống giấy đựng nam châm

Thực hành:

Ta mặc trực tiếp con đèn lép với ống dây thông qua dây dẫn điện nhằm mục đích tạo thành mạch kín

Sau đó; lấy ống giấy cứng nhét nam châm vào và xuyên qua ống dây. Ta sẽ thấy khu đưa vào trong đường ống đèn led sáng. Lấy nam châm ra thì đèn tắt

Giả sử nếu thay đổi đổi 2 cực dây dẫn cắm vào đường ống thì thế nào ?

Kết quả:

Khi ta đút nam châm vào đường ống thì đèn không sáng

Khi rút nam châm ra khỏi đường ống thì đèn led sáng

Xác đinh sức điện động thông qua VOM

Lấy con đồng hồ đo VOM ra. Đấu 2 cực đồng hồ VOM vào 2 cực ống dây thông qua 2 cái dây dẫn

Ở con đồng hồ VOM ta chọn chức năng Voont và vặn nó ở mưc 10V AC

Khi cho nam châm lại gần mà không có sự dịch chuyển thì ta thấy kim đồng hồ không nhảy

Khi cho nam châm dịch chuyển liên tục trong ống dây thì lập tức kim đồng hồ tăng Vônt dần. Và đây cũng là một trong những cách tạo dòng điện từ nam châm vĩnh cửu

Kết luận bài tập suất điện đông cảm ứng

Từ trường thay đổi tạo nên sự thay đổi của từ thông. Điều này dẫn đến sự suất hiện của suất điện động trong ống cuốn dây đồng

Cách 3:

Lấy một nam chân điện đặt vào trong ống cuộn dây.

Sau đó; đấu nối 2 cực ống dây vào đèn led bằng 2 dây dẫn điện tạo thành một vòng khép kín

Để ý khi không có nguồn cấp cho nam châm điện thì đèn không sáng

Khi đóng mạch điện cấp nguồn cho nam châm thì đèn bắt đầu sáng. Mà đèn sáng hiển nhiên đã có suất điện động cảm ứng

Ở bài sau; chúng ta sẽ hướng tới các ứng dụng của cảm ứng điện từ trong thí nghiệm, công nghiệp, thiết bị dùng cá nhân….Và một số bài tập suất điện động cảm ứng

Tham khảo thêm:

Thiết bị lập trình PLC là gì