Định luật Faraday về cảm ứng điện từ

Định luật Faraday là kiến thức vật lý quan trọng có trong chương trình học cấp trung học phổ thông. Đây cũng là định luật được ứng dụng để chế tạo nhiều máy móc kỹ thuật nhằm cải thiện chất lượng cuộc sống. Cùng Vimitech tìm hiểu về các kiến thức xoay quanh định luật vật lý này nhé!

1 Định luật Faraday là gì?

Định luật Faraday là định luật vật lý quan trọng thể hiện mối quan hệ giữa từ trường và một mạch điện tạo ra suất điện động cảm ứng. Hiện tượng này được gọi là cảm ứng điện từ. Đây cũng là định luật được ứng dụng để chế tạo các thiết bị như: máy phát điện, nam châm điện, các loại động cơ điện,…

Phát biểu định luật Faraday về cảm ứng điện từ như sau: Độ lớn suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông xung quanh nó và tỉ lệ nghịch với thời gian mà sự biến thiên xảy ra.

2. Lịch sử phát triển của định luật Faraday

Định luật Faraday được nhà khoa học và vật lý người Anh - Michael Faraday vào năm 1831. Để kết luận được thí nghiệm của mình về định luật vật lý này Faraday đã tiến hành thí nghiệm như sau:

• Đầu tiên ông lấy một cuộn dây mắc nối tiếp vào một mạch điện kín, đồng thời gắn vào đó một nam châm 2 cực B-N. Mạch điện này cũng chính là cơ sở để khẳng định sự tồn tại của cảm ứng điện từ.
• Nguyên nhân dẫn đến sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng trong mạch là từ thông gửi vào mạch kín bị biến thiên theo thời gian. Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại khi và chỉ khi từ thông qua đoạn mạch kín bị thay đổi. Dòng điện cảm ứng sẽ không tồn tại khi từ thông ngừng biến thiên.
• Michael Faraday đã lấy một cuộn dây và mắc nối tiếp với một mạch kín. Đồng thời gắn một nam châm hai cực B-N vào cuộn dây. Thí nghiệm cho các cơ sở để khẳng định tồn tại cảm ứng điện từ.
• Nguyên nhân xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch là từ thông gửi vào mạch kín biến thiên theo thời gian, cường độ của dòng điện cảm ứng này sẽ thay đổi theo tỷ lệ thuận dựa vào tốc độ thay đổi của từ thông. Chiều của dòng điện cũng thay đổi khi từ thông biến thiên tăng hoặc giảm.

3. Công thức Faraday

Công thức của định luật Faraday như sau:

eC= ΔΦ/Δt

Mạch qua khung dây có N vòng dây thì:

eC= -N.(ΔΦ/Δt)

Trong đó:

• N là đại lượng thể hiện số vòng dây được đặt trong cuộn dây
• ec là suất điện động cảm ứng (V).
• ΔΦ = Φ2 - Φ1 thể hiện sự biến thiên từ thông (Wb).
• Δt là khoảng thời gian từ thông biến thiên (s).

4. Lồng Faraday là gì?

Lồng Faraday hay còn được gọi là lồng RF là một ứng dụng nổi bật dựa trên định luật Faraday. Thiết bị này được thiết kế dạng lồng bằng các kim loại hay chất dẫn điện tốt. Lồng Faraday được ứng dụng phổ biến trong y tế hoặc các đài phát thanh, truyền hình,..

Thiết bị này dựa vào tính chất điện trường bên trong bề mặt vật dẫn bằng 0 nên trường hợp bên ngoài lồng có tích điện thì người bên trong lồng vẫn không bị giật. Do khả năng này mà lồng RF thường được sử dụng như một thiết bị bảo vệ, nó có khả năng bảo vệ con người hoặc các máy móc khỏi ảnh hưởng từ dòng điện hoặc sóng vo tuyến ảnh hưởng.

4. Một số ứng dụng khác của cảm ứng điện từ

Định luật Faraday là định luật thể hiện sự sản sinh cảm ứng điện từ dựa trên tác động của từ trường tới dòng điện. Đây là định luật đóng vai quan trọng được ứng dụng vào nhiều máy móc công nghệ hiện đại. Một số ứng dụng nổi bật của thiết bị đo này phải kế tới như:

• Ứng dụng trong công nghiệp: Cảm ứng điện từ đã đặt nền móng vững chãi cho sự phát triển của các ngành công nghiệp chế tạo. Các máy móc thiết bị ứng dụng công nghệ này được ra đời giúp tối ưu sức lao động của con người. Một số thiết bị như: máy phát điện, tàu điện ngầm,..
• Ứng dụng trong y tế: Các thiết bị máy móc công nghệ cao ứng dụng nguyên lý cảm ứng điện từ được ra đời, giúp hỗ trợ chẩn đoán và điều trị tốt nhất. Điển hình như: máy cấy ghép, máy chụp cộng hưởng từ MRI, một số phương pháp đặc biệt cho bệnh nhân ung thư,..
• Có thể nói cảm ứng điện từ đã đưa con người bước sang một kỷ nguyên mới. Kỷ nguyên của sự phát triển vượt bậc về máy móc công nghệ. Một số ứng dụng định luật Faraday vào cuộc sống hàng ngày như: bếp từ, quạt điện, đèn huỳnh quang,..