Quy Tắc Xác định Dòng điện Cảm ứng

Dòng điện cảm ứng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống con người. Hiện tượng này được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, phục vụ tối đa nhu cầu đời sống của con người. Vậy dòng điện cảm ứng và chiều dòng điện cảm ứng là gì, cách xác định chiều dòng điện cảm ứng như thế nào, tất cả sẽ được giải đáp ngay sau đây.

Nội dung chính Show

• Dòng điện cảm ứng là gì?
• Cách xác định chiều dòng điện cảm ứng
• Định luật Lenz
• Cách xác định chiều dòng điện cảm ứng theo định luật Lenz

Dòng điện cảm ứng là gì và cách xác định chiều dòng điện cảm ứng

Dòng điện cảm ứng là gì?

Dòng điện cảm ứng là một hiện tượng thuộc cảm ứng điện từ, được hiểu đơn giản là dòng điện xuất hiện trong mạch kín khi từ thông đi qua mạch biến thiên. Hiện tượng xảy ra khi mạch dẫn kín được đặt trong từ trường.

Hiện tượng được nhà khoa học, vật lý, hóa học người Anh Michael Faraday khám phá ra trong một nghiên cứu của mình vào năm 1831. Cụ thể:

Ông sử dụng cuộn dây mắc nối tiếp với một điện kế (ký hiệu G) tạo thành một mạch kín. Bên trong cuộn dây, ông đặt một nam châm thẳng và nhận thấy có một dòng điện được sản sinh ra trong mạch kín để chống lại sự biến thiên của từ trường. Dòng điện được sinh ra này chính là dòng điện cảm ứng điện từ. Tiếp tục nghiên cứu và thực hiện những thay đổi về vị trí của nam châm, ông đã nhận thấy rằng:

• Dòng điện cảm ứng từ có chiều ngược lại khi ông tiến hành rút nam châm ra khỏi cuộn dây.
• Khi cục nam châm di chuyển càng nhanh thì cường độ dòng điện sinh ra càng lớn.
• Dòng điện có cường độ bằng 0 khi thanh nam châm đứng yên.
• Khi đưa ống dây có dòng điện chạy qua thay thế cho nam châm và tiến hành những thí nghiệm tương tự, ông cũng thu lại được những kết quả tương đương.

Từ một loạt những thí nghiệm trên, Michael Faraday đã đưa ra những kết luận:

• Dòng điện cảm ứng từ được sinh ra trong mạch điện do có từ thông xuất hiện trong mạch kín, từ thông này thay đổi theo thời gian.
• Dòng điện cảm ứng chỉ được sinh ra trong khoảng thời gian từ thông biến đổi.
• Tốc độ biến đổi của từ thông sẽ tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện cảm ứng sinh ra.
• Từ thông tăng hay giảm sẽ ảnh hưởng đến chiều dòng điện.

Dòng điện cảm ứng được tạo ra khi có sự biến thiên của từ thông

Cách xác định chiều dòng điện cảm ứng

Từ những nghiên cứu và kết luận của Faraday, nhà vật lý học Heinrich Lenz cũng tiến hành nghiên cứu về hiện tượng cảm ứng điện từ. Sau đó, ông đã tổng quát cách xác định chiều của dòng điện cảm ứng thông qua định luật Lenz (lấy từ tên của nhà vật lý học).

Định luật Lenz

Định luật Lenz được phát biểu như sau: “Dòng điện cảm ứng từ trong dây dẫn được sinh ra bởi sự biến thiên của từ trường theo định luật cảm ứng Faraday sẽ tạo ra một từ trường chống lại sự thay đổi của từ thông sinh ra nó.”

Định luật Lenz được biểu thị bởi dấu âm trong công thức:

∈ = – ΔΦ / Δt

Trong đó:

• ∈: cảm ứng điện từ
• ΔΦ: biến thiên của từ thông (dấu âm đằng trước là chiều của dòng điện cảm ứng).
• Δt: khoảng thời gian

Cách xác định chiều dòng điện cảm ứng theo định luật Lenz

Quy tắc nắm tay phải

Quy tắc nắm tay phải dùng để xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong một dây dẫn chuyển động trong từ trường. Cụ thể, nắm bàn tay phải rồi đặt sao cho ngón cái dọc theo dây dẫn, đầu ngón cái chỉ chiều của dòng điện. Khum 4 ngón tay còn lại lại, thì chiều của 4 ngón tay chính là chiều của đường sức từ.

Quy tắc nắm tay phải giúp xác định chiều dòng điện cảm ứng

Quy tắc bàn tay trái

Quy tắc bàn tay trái còn được biết đến với tên gọi quy tắc Fleming, dùng để xác định hướng của từ do từ trường tác động lên đoạn mạch có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường. Để thực hiện quy tắc này, tiến hành đặt bàn tay sao cho các đường cảm ứng từ hướng vào lòng bàn tay và chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều dòng điện. Khi đó, ngón tay cái choãi ra 90 độ chính là chiều của lực điện từ.

Như vậy, với những chia sẻ trên đây chắc hẳn bạn đã biết được câu trả lời cho câu hỏi dòng điện cảm ứng là gì, và cách xác định chiều dòng điện cảm ứng đơn giản nhất. Hy vọng bài viết mang đến cho bạn những kiến thức bổ ích phục vụ học tập và cuộc sống.

Câu hỏi: Các bước xác định chiều dòng điện cảm ứng

Bước 1: Xác định từ trường ban đầu (từ trường của nam châm) theo quy tắc “Vào nam (S) ra Bắc (N)”

Bước 2: Xác định từ trường cảm ứng Bc→ do khung dây sinh ra theo định luật Len-xơ.

+ Xét từ thông qua khung dây tăng hay giảm

+ Nếu Φ tăng thì Bc→ ngược chiều B→, nếu Φ giảm thì Bc→ cùng chiều B→.

+ Quy tắc chung: gần ngược – xa cùng. Nghĩa là khi nam châm hay khung dây lại gần nhau thì Bc→ và B→ ngược. Còn khi ra xa nhau thì Bc→ và B→ ngược

Bước 3: Xác định dòng điện cảm ứng sinh ra trong khung dây theo qui tắc nắm tay phải.

Hãy cùng Top tài liệu tìm hiểu về dòng điện cảm ứng và bài tập ví dụ để xác định dòng điện cảm ứng nhé

1. Dòng điện cảm ứng là gì?

Dòng điện cảm ứng là một hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi Từ trường sinh ra dòng điện. Dòng điện cảm ứng được sinh ra khi từ thông di chuyển qua một mạch biến thiên.

2. Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng

Điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng: Khi đưa nam châm lại gần hoặc xa cuộn dây thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây biến thiên.

TH1: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây biến thiên đặt trong từ trường của một nam châm.

TH2: Khi đóng hay ngắt mạch điện, từ trường của nam châm đột ngột xuất hiện hay biến mất. Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây dẫn biến thiên (tăng hoặc giảm). Trong cuộn dây xuất hiện dòng điện cảm ứng.

3. Tính chất

Khi từ thông biến đổi theo thời gian thực của một mạch kín trong mạch xuất hiện một dòng điện cảm ứng. Chỉ tồn tại trong thời gian từ thông biến đổi. Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuân với tốc độ biến đổi của từ thông. Vậy chiều dòng điện cảm ứng được xác định như thế nào.

Xác định chiều dòng điện cảm ứng: Định luật Lenz.

4. Định luật Lenz

Định luật Lenz: Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó.

Nghĩa là: Khi từ thông qua mạch tăng lên, từ trường cảm ứng sinh ra tác dụng chống lại sư tăng trường của từ thông. Từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài.

Nếu lý thuyết suông khó hiều, có thể xem hình sau để minh họa. Hãy áp dụng quy tắc năm tay phải để xác định chiều dòng điện cảm ứng trong cuộn dây nha.

Có 2 trường hợp di chuyển cuộn nam châm: Lại gần và ra xa cuộn dây.

Trường hợp 1: Di chuyển lại gần cuộn dây.

Sự tăng lên của từ thông qua một cuộn dây tạo ra một dòng điện cảm ứng. Dòng điện này có chiều, sao cho từ trường do nó tạo ra có xu hướng chống lại từ thông ban đầu.

Trường hợp 2: Khí đưa nam châm ra xa cuộn dây

Từ thông xuyên qua cuộn dây giảm đi, kim điện kế lệch sang bên trái. Áp dụng nắm tay phải ta thấy rằng: Dòng điện này tạo ra một từ trường cùng chiều với chiều từ trường của nam châm. Tức là: Dòng điện sinh ra có tác dụng chống lại sự giảm từ thông khi di chuyển nam châm ra xa cuôn dây.

5. Ứng dụng của dòng điện cảm ứng điện từ

Nó tạo nên một sự thay đổi lớn trong đời sống và nhiều lĩnh vực, khi nó được áp dụng thành công trong các lĩnh vực đó.

Bếp Từ

Bếp từ, một cụm từ đã nói lên nó sử dụng công nghệ gì. Đó là dòng điện cảm ứng điện từ. Nó làm nóng dụng cụ nấu bếp (xoang, chảo…) bằng dòng điện cảm ứng. Một cuộn dây đồng sẽ được đặt dưới một vật liệu cách nhiệt, một dòng điện xoay chiều được truyền qua cuộn dây đồng này.

Từ trường dao động tạo ra một từ thông liên tục từ hóa nồi, ngay lúc này nồi đóng vai trò như lõi từ của máy biến áp. Điều này đã tạo ra dòng điện xoáy (chúng ta còn gọi là dòng điện Fu-cô) lớn ở trong nồi. Vì có tác dụng của dòng Fu-cô, nồi nấu chịu tác dụng của lực hãm điện từ gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Lenxơ và làm nóng đáy nồi dẫn đến làm nóng thức ăn bên trong.

Đèn huỳnh quang

Các hệ thống chiếu sáng được sử dụng phổ biến nhất trong các tòa nhà thương mại và gia đình chính là hệ thống chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang.

Chấn lưu được sử dụng trong đèn huỳnh quang hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ, tại thời điểm bật đèn, nó tạo ra một điện áp cao trên 2 đầu đèn rồi sau đó phóng điện qua đèn.

Dòng điện qua đèn tạo thành ion tác động lên bột huỳnh quang làm bột huỳnh quang phát sáng (sau khi đèn sáng, điện áp trên 2 đầu đèn giảm đi, dòng điện qua đèn bị hạn chế bởi điện cảm của tăng phô)

Quạt điện

Quạt điện và các hệ thống làm mát khác thì sử dụng động cơ điện. Những động cơ này hoạt động cũng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Trong bất kỳ thiết bị điện nào thì động cơ điện hoạt động bởi từ trường được tạo ra bởi dòng điện theo định lý Lo-ren-xơ (Lorentz). Những động cơ này chỉ khác nhau về chi phí dựa trên ứng dụng và kích thước.

Ngoài ra, còn rất nhiều ứng dụng của định luật cảm ứng điện từ trong thiết bị gia dụng như: lò nướng, chuông cửa, lò vi sóng, máy xay, loa, …

Máy phát điện

Máy phát điện sẽ sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra điện. “Cốt lõi” của máy phát điện là một cuộn dây trong từ trường. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện này đó chính là cuộn dây điện sẽ được quay trong từ trường với tốc độ không đổi và tạo ra điện xoay chiều.

Ngoài sử dụng một cuộn dây quay trong từ trường không đổi, ta có một cách khác để sử dụng cảm ứng điện từ đó chính là giữ cho cuộn dây đứng yên và sau đó làm quay nam châm vĩnh cữu (cung cấp từ trường và từ thông) xung quanh cuộn dây trên.

Tàu điện từ

Đây là một trong những công nghệ hiện đại của các hệ thống giao thông sử dụng định luật cảm ứng điện từ. Tàu đệm từ sử dụng nam châm điện mạnh giúp tăng tốc độ của tàu lên một mức đáng kể

Y học

Ngày nay, trường điện từ đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong các thiết bị y tế tiên tiến như các phương pháp điều trị tăng thân nhiệt trong bệnh ung thư, cấy ghép và chụp cộng hưởng từ (MRI)

Định luật cảm ứng điện từ là một định lý cực kỳ hữu ích với rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Điện từ đã tạo ra một cuộc cách mạng rất lớn trong lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật. Ngoài ra, nó còn tác động lớn đến các lĩnh vực khác như y tế, công nghiệp, không gian…

Ví dụ 1: Đặt một thanh nam châm thẳng ở gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây khi đưa nam châm lại gần khung dây.

Cách làm:

Khi đưa nam châm lại gần khung dây, từ thông qua khung dây tăng, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ngoài (để chống lại sự tăng của từ thông qua khung dây) nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ B đến A (xác định nhờ quy tắc nắm tay phải).

Bài 1: Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây kín ABCD, biết rằng cảm ứng từ B đang giảm dần.

Bài giải:

+ Vì cảm ứng từ B đang giảm nên từ thông giảm, do đó cảm ứng từ Bc→ phải cùng chiều với cảm ứng từ B→.

+ Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng có chiều cùng với chiều kim đồng hồ.

Bài 2: Một nam châm đưa lại gần vòng dây như hình vẽ. Hỏi dòng điện cảm ứng trong vòng dây có chiều như thế nào và vòng dây sẽ chuyển động về phía nào?

Bài giải:

+ Cảm ứng từ của nam châm có chiều vào S ra N

+ Vì nam châm đang lại gần nên cảm ứng từ cảm ứng Bc→ ngược chiều với cảm ứng từ B→ của nam châm ⇒ cảm ứng từ Bc→ có chiều từ phải sang trái

+ Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng có chiều như hình vẽ.

+ Cảm ứng từ cảm ứng của khung dây có chiều vào mặt Nam ra ở mặt bắc ⇒ mặt đối diện của khung dây với nam châm là mặt bắc

+ Vì cực bắc của nam châm lại gần mặt bắc của vòng dây nên vòng dây bị đẩy ra xa.