Định luật cảm ứng điện từ của Faraday: Định luật thứ nhất và thứ hai

Định luật Faraday là gì

Định luật cảm ứng điện từ của Faraday (được gọi là định luật Faraday) là một định luật cơ bản của điện từ dự đoán cách một trường từ sẽ tương tác với một mạch điện để tạo ra lực điện động (EMF). Hiện tượng này được gọi là cảm ứng điện từ.

Định luật Faraday nêu rằng dòng điện sẽ được tạo ra trong một dẫn thể khi tiếp xúc với một trường từ đang thay đổi. Định luật Lenz về cảm ứng điện từ nêu rằng hướng của dòng điện được tạo ra sẽ sao cho trường từ do dòng điện này tạo ra ngăn cản sự thay đổi ban đầu của trường từ đã tạo ra nó. Hướng dòng điện có thể xác định bằng quy tắc tay phải của Fleming.

Định luật cảm ứng của Faraday giải thích nguyên lý hoạt động của biến áp, động cơ, máy phát điện, và cuộn cảm. Định luật được đặt theo tên của Michael Faraday, người đã thực hiện thí nghiệm với một nam châm và một cuộn dây. Trong thí nghiệm của Faraday, ông đã phát hiện ra cách EMF được tạo ra trong cuộn dây khi lưu lượng từ đi qua cuộn dây thay đổi.

Thí nghiệm của Faraday

Trong thí nghiệm này, Faraday sử dụng một nam châm và một cuộn dây, và kết nối một galvanometer vào hai đầu cuộn dây. Ban đầu, nam châm đứng yên, do đó không có sự lệch của kim galvanometer, tức là kim của galvanometer ở vị trí trung tâm hoặc vị trí zero. Khi nam châm được di chuyển về phía cuộn dây, kim của galvanometer lệch theo một hướng.

Khi nam châm được giữ cố định ở vị trí đó, kim của galvanometer trở lại vị trí zero. Bây giờ, khi nam châm di chuyển ra khỏi cuộn dây, có sự lệch của kim nhưng theo hướng ngược lại, và khi nam châm dừng lại, tại điểm đó so với cuộn dây, kim của galvanometer trở lại vị trí zero. Tương tự, nếu nam châm được giữ cố định và cuộn dây di chuyển ra khỏi, và đến gần nam châm, galvanometer cũng cho thấy sự lệch. Cũng được thấy rằng, càng thay đổi nhanh chóng trong trường từ, điện áp cảm ứng hoặc điện áp trong cuộn dây càng lớn.

Kết luận: Từ thí nghiệm này, Faraday kết luận rằng khi có chuyển động tương đối giữa một dẫn thể và một từ trường, liên kết từ thông với cuộn dây thay đổi và sự thay đổi này trong từ thông tạo ra điện áp trên cuộn dây.

Michael Faraday đã đưa ra hai định luật dựa trên các thí nghiệm trên. Những định luật này được gọi là định luật cảm ứng điện từ của Faraday.

Định luật thứ nhất của Faraday

Bất kỳ sự thay đổi nào trong từ trường của một cuộn dây sẽ gây ra sự cảm ứng điện thế (emf) trong cuộn dây. Điện thế cảm ứng này được gọi là emf cảm ứng và nếu mạch dẫn thể đóng, dòng điện cũng sẽ lưu thông qua mạch và dòng điện này được gọi là dòng điện cảm ứng.
Các phương pháp để thay đổi từ trường:

1. Bằng cách di chuyển nam châm về phía hoặc xa khỏi cuộn dây

2. Bằng cách di chuyển cuộn dây vào hoặc ra khỏi từ trường

3. Bằng cách thay đổi diện tích của cuộn dây đặt trong từ trường

4. Bằng cách quay cuộn dây so với nam châm

Định luật thứ hai của Faraday

Nó nêu rằng cường độ của emf cảm ứng trong cuộn dây bằng tốc độ thay đổi của từ thông liên kết với cuộn dây. Liên kết từ thông của cuộn dây là tích của số vòng dây trong cuộn và từ thông liên quan đến cuộn dây.

Công thức định luật Faraday

Cần xem xét, một nam châm đang tiếp cận cuộn dây. Ở đây chúng ta xem xét hai thời điểm tại thời gian T1 và thời gian T2.

Liên kết từ thông với cuộn dây tại thời điểm,

Liên kết từ thông với cuộn dây tại thời điểm,

Thay đổi trong liên kết từ thông,

Giả sử thay đổi trong liên kết từ thông là,

Vì vậy, thay đổi trong liên kết từ thông

Bây giờ tốc độ thay đổi của liên kết từ thông

Lấy đạo hàm ở phía bên phải, chúng ta sẽ có

Tốc độ thay đổi của liên kết từ thông

Tuy nhiên, theo định luật cảm ứng điện từ của Faraday, tốc độ thay đổi liên kết flux bằng với điện áp cảm ứng.

Xem xét Định luật Lenz.

Trong đó:

• Flux Φ trong Wb = B.A

• B = cường độ từ trường

• A = diện tích cuộn dây

Cách Tăng Điện Áp Cảm Ứng Trong Một Cuộn Dây

• Bằng cách tăng số vòng dây trong cuộn i.e N, từ công thức được dẫn xuất ở trên, có thể thấy rằng nếu số vòng dây trong một cuộn dây được tăng lên, điện áp cảm ứng cũng sẽ tăng lên.

• Bằng cách tăng cường độ từ trường i.e B xung quanh cuộn dây - Theo toán học, nếu từ trường tăng lên, flux cũng tăng và nếu flux tăng, điện áp cảm ứng cũng sẽ tăng. Lý thuyết, nếu cuộn dây đi qua từ trường mạnh hơn, sẽ có nhiều đường lực hơn cho cuộn dây cắt và do đó sẽ có nhiều điện áp cảm ứng hơn.

• Bằng cách tăng tốc độ chuyển động tương đối giữa cuộn dây và nam châm – Nếu tốc độ tương đối giữa cuộn dây và nam châm được tăng so với giá trị trước đó, cuộn dây sẽ cắt các đường flux nhanh hơn, do đó sẽ tạo ra nhiều điện áp cảm ứng hơn.

Ứng dụng của Định luật Faraday

Định luật Faraday là một trong những định luật cơ bản và quan trọng nhất của điện từ. Định luật này được áp dụng trong hầu hết các máy móc điện, ngành công nghiệp và lĩnh vực y tế, v.v.

• Biến áp điện công suất hoạt động dựa trên định luật Faraday

• Nguyên lý làm việc cơ bản của máy phát điện là định luật hệ số cảm ứng từ chung.

• Bếp từ là cách nấu nhanh nhất. Nó cũng hoạt động theo nguyên lý hệ số cảm ứng từ chung. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây đồng đặt dưới nồi nấu, nó tạo ra một trường từ thay đổi. Trường từ xoay chiều hoặc thay đổi này gây ra một điện thế và do đó dòng điện trong vật liệu dẫn, và chúng ta biết rằng dòng điện luôn tạo ra nhiệt.

• Cảm biến lưu lượng điện từ được sử dụng để đo tốc độ của một số chất lỏng. Khi một trường từ được áp dụng cho ống cách điện điện, nơi có chất lỏng dẫn điện đang chảy, thì theo định luật Faraday, một điện thế cảm ứng được tạo ra trong nó. Điện thế cảm ứng này tỷ lệ thuận với tốc độ chảy của chất lỏng.

• Dựa trên cơ sở lý thuyết điện từ, ý tưởng về đường lực của Faraday được sử dụng trong các phương trình Maxwell nổi tiếng. Theo định luật Faraday, sự thay đổi trong trường từ tạo ra sự thay đổi trong trường điện và điều ngược lại được sử dụng trong các phương trình Maxwell.

• Nó cũng được sử dụng trong các nhạc cụ như guitar điện, vĩ cầm điện, v.v.

Lời tuyên bố: Tôn trọng nguyên bản, bài viết tốt xứng đáng được chia sẻ, nếu có vi phạm quyền riêng tu hãy liên hệ để xóa.