Công thức tính cảm ứng từ tổng hợp

Cảm ứng từ tổng hợp là một khái niệm quan trọng trong điện từ học, giúp tính toán từ trường tổng hợp do nhiều nguồn từ trường tạo ra.

Cảm ứng từ được hiểu như thế nào?

Cảm ứng từ là một đại lượng vật lý quan trọng, đo đạc tại một điểm cụ thể trong một từ trường. Đại lượng này thường được ký hiệu là B và chứa đựng thông tin quan trọng về độ mạnh, hướng và tác động của từ trường. Để đo cảm ứng từ, chúng ta sử dụng một phép đo dựa trên tương tác giữa dòng điện và từ trường. Phép đo cảm ứng từ thường được thực hiện bằng cách đo thương số giữa tác động lên một dây dẫn đang mang dòng điện và tích của cường độ dòng điện đó với chiều dài của dây dẫn. Điều này cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về cách từ trường tác động lên dòng điện và tạo ra cảm ứng từ, cung cấp thông tin quan trọng về sự tương tác giữa điện và từ trường trong các hệ thống vật lý và điện tử. Cảm ứng từ (induction) là một khía cạnh quan trọng của vật lý và điện từ, và nó có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng quan trọng của cảm ứng từ:

• Máy phát điện: Cảm ứng từ được sử dụng trong máy phát điện để biến đổi năng lượng cơ học thành điện năng. Máy phát điện tạo ra dòng điện xoay chiều bằng cách xoay một nam châm trong một cuộn dây dẫn.
• Truyền tải điện: Để truyền điện từ một địa điểm đến một địa điểm khác, cảm ứng từ được sử dụng trong các biến áp để biến đổi điện áp và dòng điện. Điều này giúp giảm mất mát năng lượng trong hệ thống truyền tải điện.
• Máy đo và cảm biến: Cảm ứng từ được sử dụng trong các máy đo và cảm biến để đo lưu lượng, áp suất, nhiệt độ và các thông số khác trong các ứng dụng công nghiệp và y tế.
• Tách chất từ hỗn hợp: Trong công nghiệp và quá trình sản xuất, cảm ứng từ có thể được sử dụng để tách chất từ hỗn hợp dựa trên tính chất từ trường của các chất khác nhau.
• Hệ thống định vị và định hướng: Cảm ứng từ được sử dụng trong các hệ thống định vị và định hướng, như GPS, để xác định vị trí và hướng của các phương tiện và thiết bị.
• Công nghệ điện tử: Cảm ứng từ được sử dụng trong các thiết bị điện tử như biến áp mạng và các loại cảm biến để điều chỉnh và kiểm soát dòng điện và điện áp.
• Công nghệ thông tin: Trong các máy tính và các thiết bị điện tử khác, cảm ứng từ có thể được sử dụng để tạo ra tín hiệu và thực hiện các chức năng như màn hình cảm ứng trong điện thoại di động và máy tính bảng.
• Công nghiệp ô tô: Trong công nghiệp ô tô, cảm ứng từ được sử dụng trong hệ thống điều khiển động cơ, hệ thống phanh, và các ứng dụng khác để đảm bảo an toàn và hiệu suất của xe hơi.

Đơn vị và vecto cảm ứng từ

Định nghĩa và đơn vị đo cảm ứng từ: Cảm ứng từ là một khía cạnh quan trọng của vật lý và điện từ, nó giúp chúng ta hiểu về cách từ trường tương tác với các hệ thống điện và từ đó tạo ra cảm ứng từ.

Vector cảm ứng từ tại một điểm: Tại một điểm cụ thể, cảm ứng từ được biểu thị bằng một vector có ký hiệu là B→. Vector này có hướng tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó và chiều từ cực nam sang cực bắc của nam châm tại điểm đó. Điều này đồng nghĩa với việc nếu bạn đặt một nam châm tại điểm đó, nó sẽ định hướng theo vector B→.

Đơn vị đo Cảm ứng từ: Tesla (T)

Vào năm 1960, để tôn vinh nhà bác học Nikola Tesla và định rõ đơn vị đo cảm ứng từ, người ta đã sử dụng đơn vị Tesla (T). Một Tesla (1T) tương ứng với độ lớn của cảm ứng từ mà bạn có được khi một vòng dây dẫn kín có diện tích mặt phẳng chắn được bên trong là 1 mét vuông và khi từ trường giảm từ mức cực đoạn đầu xuống 0 trong khoảng 1 giây, nó sẽ tạo ra một suất điện động bằng 1 volt.

Quy đổi đơn vị. Ngoài đơn vị Tesla, trong một số ngữ cảnh khác nhau, người ta cũng sử dụng các đơn vị khác để đo cảm ứng từ. Ví dụ như 1 Gauss (Gs) tương đương với 10^(-4) Tesla và 1 γ (y) tương đương với 10^(-9) Tesla, cụ thể:

+ 1 Gauss (Gs) được sử dụng trong vật lý lý thuyết.

+ 1 γ (y) được sử dụng trong lĩnh vực vật lý địa.

Việc sử dụng các đơn vị này phụ thuộc vào ngữ cảnh và lĩnh vực cụ thể mà bạn đang làm việc.

Công thức tính cảm ứng từ

Giả sử cần xác định từ trường B→   tại M cách dây dẫn một đoạn r, dây dẫn có cường độ I (A).

Vector cảm ứng từ B→   do dòng điện thẳng gây ra có:

    + Điểm đặt: Ta xét tại điểm M.s

    + Phương: Vuông góc với mặt phẳng chứa điểm xét và dây dẫn.

    + Chiều: Chúng ta sẽ xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải. “Đặt bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và có hướng là sẽ cùng hướng chiều của dòng điện, khi đó các ngón tay kia khum lại sẽ cho ta chiều của các đường sức từ.”

    + Độ lớn:  

Trong đó: B_M là từ trường điểm M

               r_Mlà khoảng cách từ điểm M đến sợi dây

                I là cường độ dòng điện đi qua sợi dây.

Chú ý: Nếu dây dẫn có chiều dài hữu hạn thì cảm ứng từ do dây dẫn gây ra tại M được tính theo công thức

Nhận thấy khi AB = ∞ ⇒ α1 = α2 = π/2

Ví dụ minh họa

Bài 1: Một đoạn dây dẫn dài 5 (cm) đặt trong từ trường đều và vuông góc với vectơ cảm ứng từ. Dòng điện chạy qua dây có cường độ 0,75 (A). Lực từ tác dụng lên đoạn dây đó là 3.10^-2 (N). Cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn bao nhiêu?

Bài giải: 

Áp dụng công thức F = B.I.l.sinα =>  

Đáp án: B = 0,8 T

Bài 2: Một đoạn dây dẫn thẳng MN dài 6 (cm) có dòng điện I = 5 (A) đặt trong từ trường đều tạo với vecto cảm ứng từ một góc 30⁰. Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F = 7,5.10^-2 (N). Cảm ứng từ có độ lớn là bao nhiêu?

Bài giải:

Áp dụng công thức F = B.I.l.sinα =>  

Đáp án: B = 0,5 T