Từ thông là gì? Nguyên lý và công thức tính từ thông CHUẨN

Từ thông là gì?

Từ thông hay thông lượng từ trường là đại lượng đo lượng từ trường qua một diện tích được giới hạn bởi 1 vòng dây kín. Hiện được vật lý này được Michael Faraday – nhà vật lý học-hóa học người Anh phát hiện ra.

Từ thông chính là từ trường được sinh ra từ khung dây đồng cuốn thành vòng tròn với số vòng tùy thuộc ứng dụng để cuốn, chúng đi xuyên qua một thanh nam châm vĩnh cửu. Thực chất từ thông thể hiện việc từ truyền xuyên qua nam châm vĩnh cửu, nam châm từ trường càng lớn thì lượng từ thông được sinh ra càng nhiều.

Ký hiệu của từ thông

Từ thông được ký hiệu là Φ (độ là “phi”) trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là số 21.

Đơn vị tính của từ thông

Đơn vị sử dụng để tính lượng từ thông là Wb (đọc là vê be) theo hệ đo lường quốc tế SI. Tuy nhiên theo hệ tiêu chuẩn CGS thì người ta sử dụng Maxwell là đơn vị để đo độ lớn từ thông.

Nguyên lý tạo ra từ thông

Để hiểu rõ hơn từ thông là gì, chúng ta hãy cùng tìm hiểu rõ hơn về nguyên lý tạo ra từ thông. Ta thấy các đường truyền của tia cram ứng điện từ có phương song song với nhau được kí hiệu là B. Các cảm ứng từ B vuông góc với tiết diện S của nam châm. Khi dòng điện cảm ứng từ và tiết diện nam châm không cùng phương song song thì từ thông không được tạo ra. Do đó, từ thông chỉ được tạo ra khi cảm biến điện từ và tiết diện S tạo ra góc (nhọn, tù hoặc vuông).

Nguyên lý tạo ra từ thông

Từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc yếu tố nào

Thực tế, từ thông trong 1 mạch điện kín sẽ phục thuộc vào 3 yếu tố:

• Diện tích S: Diện tích S tăng thì lượng từ thông đi qua nó càng nhiều
• Cảm ứng từ B: Cảm ứng từ đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường, từ thông đặc trưng cho lượng từ trường. Vậy khi từ thông lớn khi lượng từ trường đi qua mặt phẳng lớn hoặc 2 đại lượng này tỉ lệ thuận với nhau.
• Độ lớn góc α: Góc này được tạo ra bởi vectơ pháp tuyến n và đường cảm ứng từ B, khi độ lớn góc α thay đổi thì lượng từ thông cũng thay đổi theo.
• Khi α = 45o ( vector pháp tuyến vuông góc với đường cảm ứng từ B): Từ thông có giá trị lớn nhất
• Khi α = 0o (vector pháp tuyến song song với đường cảm ứng từ): Từ thông = 0 hay từ thông cực tiểu.

Yếu tố ảnh hưởng đến từ thông

Công thức tính từ thông

Như đã nói ở phần nội dung trên, từ thông phụ thuộc vào 3 yếu tố gồm tiết diện, cảm ứng từ, độ lớn góc α. Vì vậy chúng ta rút được công thức tính độ lớn từ thông như sau:

Φ = N.B.Scosα

Trong đó:

• Φ: Từ thông (Wb)
• N: Số vòng dây
• S: Tiết diện (m2)
• B: Cảm ứng từ (T)
• α: Góc tạo bởi vectơ B và vectơ n
• Lưu ý: khi vectơ B vuông góc với mặt S => α = 0o

Công thức tính từ thông cực đại

Từ thông cực đại là lượng từ thông lớn nhất được tạo ra khi góc α nằm trong 2 trường hợp n và B tạo góc 0 độ C và 180 oC. Khi này cảm ứng điện từ và từ trường tiết diện S chạy song song với nhau:

Công thức tính từ thông cực đại như sau:

Φmax = B.S

Công thức tính từ thông cực tiểu

Từ thông cực tiểu là không sinh ra từ thông hay = 0 khi α = 90 độ xảy ra khi góc n và B tạo góc vuông.

Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?

Hiện tượng cảm ứng từ có liên quan chặt chẽ đến lượng từ thông được tạo ra trong mạch. Cụ thể cảm ứng từ chính là hiện tượng từ thông qua mạch kín biến thiên tăng hoặc giảm khiến xuất hiện dòng điện trong mạch. Dòng điện này được gọi là dòng điện cảm ứng và hiện tượng cảm ứng từ chỉ xảy ra trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.

Cụ thể ta xét thí nghiệm sau: Cho khung dây đồng di chuyển từ xa đến gần và xuyên qua thanh nam châm vĩnh cửu. Ta thấy hiện tượng kim của Ampe kế chuyển động:

• Vòng dây tiến gần nam châm ⇒ lượng từ trường trong vòng dây tăng lên ⇒ từ thông tăng lên ⇒ kim ampe kế chuyển động giá trị tăng ⇒ Xuất hiện dòng điện trong mạch
• Vòng dây tiến ra xa nam châm ⇒ lượng từ trường trong vòng dây giảm ⇒ từ thông tăng lên ⇒ kim ampe kế chuyển về 0 ⇒ Có dòng điện trong mạch.

Hiện tượng cảm ứng điện từ

Ứng dụng của từ thông trong cuộc sống

Từ thông và dòng điện cảm ứng đánh giá là có tính ứng dụng cao trong đời sống sinh hoạt và sản xuất của con người. Sau đây là ứng dụng cụ thể:

• Bếp từ: Bếp từ hoạt động trên nguyên lý cảm ứng điện từ với cấu tạo 1 cuộn dây được đặt dưới vật liệu cách nhiệt bằng gốm hoặc thủy tinh. Cuộn dây tạo ra các từ trường biến thiên tần số cao. Khi cấp điện cho bếp, dòng điện xoay chiều sinh ra trong cuộn dây đồng và 1 từ trường biến thiên khiến đáy nồi bị nhiễm từ và sinh ra dòng điện Fu – cô. Từ đó nồi chịu tác dụng lực hãm điện từ dẫn đến hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Lenxơ nấu chín thức ăn.

Ứng dụng của từ thông trong bếp từ

• Quạt điện: Áp dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi từ trường làm quay động cơ, khiến cánh quạt hoạt động nhanh chóng.
• Chế tạo máy phát điện: Máy phát điện cấu tạo gồm 1 lõi sắt (stato) và 1 nam châm vĩnh cửu. Khi dòng điện Fu-cô chạy trong kim loại sẽ biến cơ năng thành điện năng. Cơ năng sơ cấp là động cơ tua bin, tua bin hơi nước, gió, đốt trong,…

Ứng dụng của từ thông trong máy phát điện

• Sản xuất máy biến dòng: Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để biến đổi dòng điện sang giá trị lớn hơn giúp hạn chế các sự cố về điện xảy ra như chập cháy, dòng điện thay đổi khiến hư hỏng thiết bị.
• Biến đổi dòng điện xoay chiều: Thiết bị thay đổi năng lượng điện xoay chiều sang cấp khác nhờ sự hoạt động của từ trường. Máy giảm áp có điện áp sơ cấp cao hơn điện áp thứ cấp và máy tăng áp thì ngược lại. Nhờ máy biến áp mà dòng điện phù hợp và tương thích với các mức sử dụng khác nhau như dân dụng, công nghiệp,…
• Các cảm biến đo lưu lượng: Các linh kiện này được ứng dụng để đo vận tốc của chất lỏng. Cấu tạo của cảm biến gồm 1 đường ống cách điện với 1 dòng chất lỏng đang chảy. Theo định luật Faraday, 1 lực điện động cảm ứng xuất hiện, tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy từ đó tính toán được tốc độ dòng chảy trong đường ống.

Ứng dụng của từ thông trong cảm biến đo lưu lượng

Như vậy, bài viết trên đây chắc hẳn đã giúp quý vị hiểu rõ hơn từ thông là gì, công thức tính trong từng trường hợp và ứng dụng trong thực tế. Hãy theo dõi AME Group trong các bài viết tiếp theo để có được thông tin hữu ích nhất nhé!