Hiện tượng cảm ứng điện từ là một phần lý thuyết quan trọng trong vật lý và được ứng dụng phổ biến trong đời sống. Trả lời được câu hỏi “Thế nào là hiện tượng cảm ứng điện từ?” bạn sẽ nắm được nguyên lý hoạt động của rất nhiều thiết bị điện tử quanh mình. Cùng Cmtech tìm hiểu về cảm ứng điện từ trong bài viết này ngay nào.

Hỏi và trả lời “Thế nào là hiện tượng cảm ứng điện từ?”

Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng hình thành một suất điện động (điện áp) trên một vật dẫn khi vật dẫn đó được đặt trong một từ trường biến thiên.

Hiện tượng cảm ứng điện từ

Năm 1831, nhà khoa học Michael Faraday đã chứng tỏ “từ trường” có thể sinh ra “dòng điện” thông qua thực nghiệm của mình. Chính xác, khi cho từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi thì trong mạch xuất hiện một dòng điện. Đây được gọi là dòng điện cảm ứng và hiện tượng đó được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ

Tìm hiểu 3 định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ

Như chúng ta đã biết trong bộ môn Vật Lý có 3 định luật liên quan tới hiện tượng cảm ứng điện từ và chúng có nội dung như sau:

• Định luật Faraday: Đây là định luật cơ bản trong điện từ cho biết: Từ trường tương tác với một mạch điện để tạo ra sức điện động (EMF). 
• Định luật Len xơ (Lenz): Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.

Hay nói cách khác: 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.

• Định luật cơ bản: Hiện tượng cảm ứng điện từ sinh ra suất điện động cảm ứng và nó luôn có giá trị bằng về trị số. Nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông đi qua diện tích của mạch điện.

1. Thí nghiệm Faraday

Các thiết bị cần chuẩn bị cho thí nghiệm gồm có:

• Cuộn dây
• Điện kế (G)
• Thanh nam châm

Thí nghiệm được tiến hành như sau:

Thí nghiệm Faraday

Sử dụng cuộn dây mắc nối tiếp với điện kế (G) đã chuẩn bị tạo thành một mạch khép kín. Phía trên ống dây đặt thanh nam châm 2 cực Bắc- Nam. 

Thí nghiệm Faraday cho kết quả như sau:

• Giữ nguyên vị trí thanh nam châm với ống dây thì dòng điện cảm ứng sẽ bằng không
• Khi di chuyển thanh nam châm càng nhanh thì cường độ dòng điện cảm ứng (Ic) càng lớn
• Khi rút thanh nam châm ra dòng điện cảm ứng sẽ có chiều ngược lại (hình b)
• Nếu thay thanh nam châm bằng một ống dây có dòng điện chạy qua, thì thí nghiệm cũng cho kết quả tương tự như trên.

Qua thí nghiệm Faraday rút ra kết luận như sau:

• Từ thông gửi qua mạch kín biến đổi theo thời gian chính là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch
• Dòng điện cảm ứng chỉ xuất hiện trong thời gian từ thông gửi qua mạch kín biến đổi
• Cường độ dòng điện cảm ứng (I) tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi của từ thông.
• Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự tăng giảm của từ thông gửi qua mạch.

2. Định luật Len xơ

Nhà khoa học Heinrich Lenz cũng nghiên cứu về hiện tượng cảm ứng điện từ và tìm ra định luật tổng quát. Giúp xác định chiều của dòng điện cảm ứng và được gọi là định luật Lenz.

Gọi ϕ là dòng điện cảm ứng, có thể biểu thị dưới dạng toán học như sau:

ϕ = - B (Trong đó B là từ trường)

Có thể hiểu như sau:

- Khi từ thông qua mạch tăng lên từ trường cảm ứng sinh ra sẽ chống lại sự tăng của từ thông. Từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài.

- Khi từ thông qua mạch giảm từ trường cảm ứng sinh ra sẽ chống lại sự giảm của từ thông. Lúc đó nó sẽ cùng chiều với từ trường ngoài.

⇒ Quy tắc chung sẽ là “Gần ngược - Xa cùng”

Xác định dòng điện trong thí nghiệm Faraday

Tại hình a ta thấy khi đưa cực Bắc của nam châm và trong lòng ống dây sẽ làm cho từ thông tăng lên. Theo định luật Lenz dòng điện cảm ứng sẽ sinh ra từ trường ngược chiều với từ trường của thanh nam châm. Để từ thông sinh ra có tác dụng làm giảm sự tăng của nguyên nhân sinh ra nó. Bởi vậy dòng điện cảm ứng sẽ có chiều từ dưới lên trên.

Tại hình b khi di chuyển cực Bắc của thanh nam châm ra xa ống dây từ thông sẽ bị giảm đi. Và theo lý luận như trên dòng điện cảm ứng sẽ có chiều từ trên xuống dưới như hình.

3. Định luật cơ bản

Dựa vào định luật cơ bản ta sẽ xác định được biểu thức của Suất điện động cảm ứng.

Định luật cơ bản

Dịch chuyển một vòng dây dẫn kín trong từ trường để từ thông gửi qua đây thay đổi. Khi đó công của lực từ tác dụng lên dòng điện cảm ứng có giá trị là:

dA = Ic .dϕm

Theo định luật Lenz công của từ lực tác dụng lên dòng điện cảm ứng là công cản nó có giá trị:

dA’ = - Ic .dϕm

Công cản dA’ này được chuyển thành năng lượng của dòng cảm ứng có giá trị:

੬c.Ic.dt = - Ic.dϕm

Suy ra biểu thức của suất điện động cần tìm là

੬c = - (dϕm/dt)

Trên đây là tổng hợp thông tin về định nghĩa hiện tượng cảm ứng điện từ và 3 định luật về cảm ứng điện từ. Chắc hẳn bạn đã hiểu cơ bản về nguyên lý tạo ra suất điện động. Trong bài tiếp theo Cmtech sẽ chia sẻ với bạn ứng dụng của cảm ứng điện từ trong các thiết bị điện.