ĐIỆN từ học vật lý THCS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG
KHOA SƯ PHẠM

BÁO CÁO THU HOẠCH
PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH
VẬT LÝ TRUNG HỌC CƠ SỞ
PHẦN: ĐIỆN TỪ HỌC
Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Lớp
MSSV

:
:
:
:

Th.s Trương Tín Thành
Vũ Đông Dương
DH18LY
DLY170377

2019-2020

1


MỤC LỤC

2

LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay điện từ học được
ứng dụng phổ biến và có vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống của con người.
Hầu hết các thiết bị tự động, máy móc từ đơn giản đến phức tạp đều hoạt động
dựa trên nguyên lý của điện từ học. Nói vậy để thấy sự phát triển của điện từ học
giúp cho xã hội ngày một tiên tiến và hiện đại hơn. Nhận thấy tầm quan trọng của
điện từ học nên em làm bài tiểu luận này để nói sơ lược cơ bản về điện từ học
giúp các em học sinh TRUNG HỌC CƠ SỞ bước đầu tiếp cận và tìm hiểu, đồng
thời tạo tiền đề cho sự nghiên cứu sâu rộng về vấn đề này ở những bậc học cao
hơn.
Mặc dù đã cố gắng hết khả năng của mình nhưng do trình độ kiến thức và kinh
nghiệm còn hạn chế, nên không tránh khỏi có những sơ sót. Em rất mong được
sự nhận xét, đánh giá, đóng góp ý kiến của thầy, cô và các bạn đọc để bài viết
này được hoàn thiện hơn.

3


CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN TỪ HỌC
I. ĐIỆN TỪ HỌC LÀ GÌ?
Điện từ học là ngành vật lý nghiên cứu và giải thích các hiện tượng điện
và hiện tượng từ, và mối quan hệ giữa chúng. Ngành điện từ học là sự kết hợp
của điện học và từ học bởi điện và từ có mối quan hệ mật thiết với nhau. Điện
trường thay đổi sinh ra từ trường và từ trường thay đổi sinh ra điện trường. Thực
chất, điện trường và từ trường hợp thành một thể thống nhất, gọi là điện từ
trường. Các tương tác điện và tương tác từ gọi chung là tương tác điện từ. Lực
xuất hiện trong các tương tác đó là lực điện từ, một trong bốn lực cơ bản của tự
nhiên (bên cạnh lực hấp dẫn, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu).

Trong nhiều trường hợp, điện từ học được dùng để chỉ điện từ học cổ điển
bao gồm các lý thuyết cổ điển, phân biệt với các lý thuyết trong điện từ học hiện
đại như điện động lực học lượng tử.
II. LƯỢC SỬ.
Lý thuyết khá chính xác đầu tiên về điện từ học, xuất phát từ nhiều công
trình khác nhau của các nhà vật lý trong thể kỷ 19, và thống nhất lại bởi James
Clerk Maxwell trong bốn phương trình nổi tiếng, các phương trình Maxwell.
Ngoài việc thống nhất các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học đi trước,
Maxwell còn chỉ ra rằng ánh sáng là sóng điện từ. Trong điện từ học cổ điển,
điện từ trường tuân thủ các phương trình Maxwell, và lực điện từ tuân theo định
luật lực Lorentz.
Điện từ học cổ điển không tương thích với cơ học cổ điển. Các phương
trình Maxwell tiên đoán vận tốc ánh sáng không đổi trong mọi hệ quy chiếu.
Điều này vi phạm nguyên lý tương đối Galileo, một trụ cột của cơ học cổ điển.
Năm 1905, Albert Einstein giải quyết mâu thuẫn bằng thuyết tương đối. Trong lý
thuyết này, từ trường chỉ là một hiệu ứng tương đối tính của điện trường tĩnh và
không cần nhiều phương trình như các phương trình Maxwell để mô tả.
Cùng năm 1905, Einstein đã giới thiệu hiệu ứng quang điện nói rằng ánh
sáng có thể xem như các hạt, sau này gọi là photon, giải thích một hiện tượng
không tương thích với điện từ trường cổ điển. Lý thuyết này mở rộng lời giải cho
bài toán tai họa tử ngoại của Max Planck năm 1900, một bài toán khác cho thấy
điện từ học cổ điển chưa chính xác. Những lý thuyết này đã giúp xây dựng vật lý
lượng tử, đặc biệt là điện động lực học lượng tử. Điện động lực học lượng tử,
được bắt đầu từ năm 1925 và hoàn thành vào những năm 1940, là một trong
những lý thuyết vật lý chính xác nhất ngày nay.
Điện từ là một hiện tượng vật lý của điện trường sinh ra từ trường, tìm
thấy trong các dây dẫn điện có vài vòng quấn mắc nối với điện.

4

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỆN TỪ HỌC
I. NAM CHÂM VĨNH CỬU
Nam châm vĩnh cửu là các vật được cấu tạo từ các vật liệu từ cứng (là vật
liệu sắt từ, khó khử từ và khó từ hóa) có khả năng giữ từ tính không bị mất từ
trường, được sử dụng như những nguồn tạo từ trường.

Hình 1: Nam Châm Vĩnh Cửu

− Nam châm nào cũng có hai cực. Khi để tự do, cực luôn chỉ hướng Bắc gọi
là cực Bắc, còn cực luôn chỉ hướng Nam gọi là cực Nam.
− Khi đặt hai nam châm gần nhau, các từ cực cùng lên đẩy nhau, các từ cực
khác nhau hút nhau.
II. TÁC DỤNG TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN - TỪ TRƯỜNG
1. Tác dụng từ của dòng điện:
− Theo định luật Ampere, mọi dòng điện đều sinh ra từ trường.
− Khi dòng điện chạy trong một dây dẫn điện, từ trường sinh ra có dạng vòng
tròn bao quanh cộng dây thẳng dẫn điện có dòng điện khác không.
− Mọi dòng điện đều chịu lực tương tác khi nằm trong từ trường.
− Hướng của từ trường và hướng dòng điện được xác định theo quy tắc nắm
tay phải.
2. Từ trường:
Từ trường là một dạng vật chất tồn tại xung quanh nam châm hay dòng điện
mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay
nam châm đặt trong nó. Từ trường được miêu tả bằng trường vector. Người ta
hay sử dụng khái niệm lực Lorentz tác dụng lên một điện tích điểm chuyển động
để định nghĩa từ trường. Ký hiệu từ trường là hoặc cho từng trường hợp cụ thể.

Hình 2:Từ trường của một thanh nam châm hình trụ.

5


III. TỪ PHỔ - ĐƯỜNG SỨC TỪ
1. Từ phổ:
Từ phổ là hình ảnh cụ thể về các đường sức từ. Có thể thu được từ phổ bằng
cách rắc mạt sắt lên tấm nhựa trong đặt trong từ trường và gõ nhẹ.

Hình 3: Từ phổ của nam châm

2. Đường sức từ:
Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường, sao cho
tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.

Hình 4: Hình ảnh đường sức từ

IV. TỪ TRƯỜNG CỦA ỐNG DÂY CÓ DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA
− Phần từ phổ ở bên ngoài ống dây có dòng điện chạy qua rất giống phần từ
phổ ở bên ngoài thanh nam châm.
− Quy tắc nắm tay phải: Nắm tay phải, rồi đặt sao cho bốn ngón tay hướng
theo chiều dòng điện chạy qua các vòng dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ
chiều của đường sức từ trong ống dây.

Hình 5: Hình ảnh mô tả quy tắc nắm tay phải

6


V. SỰ NHIỄM TỪ CỦA SẮT, THÉP - NAM CHÂM ĐIỆN
1. Sự nhiễm từ của sắt, thép:

Sắt từ là các chất có từ tính mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác
dụng của từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt(Fe), và tên gọi "sắt từ" được đặt cho
nhóm các chất có tính chất từ giống với sắt. Các chất sắt từ có gần giống với các
chất thuận từ ở đặc điểm hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài.
Tính sắt từ dùng để chỉ thuộc tính (từ tính mạnh) của các chất sắt từ.

2. Nam châm điện:
Khi mắc một dây dẫn điện có nhiều vòng quấn với nguồn điện, dòng điện
sản sinh một điện trường trong các vòng quấn. Khi dòng điện đi qua các vòng
quấn, Biến đổi của điện trường trong các vòng quấn sinh ra một từ trường vuông
góc với điện trường .

− Từ trường của cuộn dây dẫn điện có tính chất giống như từ trường của một
Nam Châm cũng hút hay đẩy một từ vật nằm trong từ trường của cuộn dây.
− Khi ngắt dòng điện khỏi cuộn dây, từ trường biến mất. Cuộn dây không còn
có thể hút hay đẩy từ vật
− Vậy chỉ khi nào có dòng điện diện đi qua, cuộn dây mới trở một thành nam
châm điện
Với Dòng điện khác không, I ≠ 0

− Từ trường của cuộn dây tùy thuộc vào số từ cảm cuộn dây và dòng điện
trong cuộn dây
− Từ Cảm cuộn dây tỉ lệ thuận với chiều dài, số vòng quấn và tỉ lệ nghịch với
diện tích của cuộn dây đó

7


Hình 6: Nam châm điện

VI. LỰC ĐIỆN TỪ.
1. Lực từ:
Dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường và không song song với
đường sức từ thì chịu tác dụng của từ trường, lực đó gọi là lực điện từ.

2. Chiều của lực điện từ - Quy tắc bàn tay trái:
Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào
lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì
ngón tay cái choãi ra 90o chỉ chiều của lực điện từ.

Hình 7: Hình ảnh mô tả quy tắc bàn tay trái

3. Lực từ tác dụng lên khung dây dẫn có dòng điện
Khung dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường thì có lực điện từ tác dụng
lên nó, lực điện từ làm cho khung quay quanh trục của nó, trừ một vị trí duy nhất
đó là khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ (tức là mặt phẳng khung
nằm trong mặt phẳng trung hòa).

Hình 8: Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện

VII. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một
chiều.
Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh
cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện
một chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh
lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor

8

là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than
tiếp xúc với cổ góp.

VIII. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
1. Hiện tượng cảm ứng điện từ:
Năm 1831, Michael Faraday đã chứng tỏ bằng thực nghiệm rằng từ
trường có thể sinh ra dòng điện. Thực vậy, khi cho nam châm chuyển động
trước một cuộn dây dẫn kín hoặc cho cuộn dây quay trong từ trường thì trong
mạch có thể xuất hiện một dòng điện. Dòng điện đó được gọi là dòng điện cảm
ứng. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

Hình 9: Sơ đồ thí nghiệm Faraday

2. Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một dây dẫn kín là số đường
sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây biến thiên.
Một cách tổng quát, dòng điện cảm ứng xuất hiện khi thỏa mãn các điều
kiện sau:

− Khi mạch điện kín hay một phần mạch điện kín chuyển động trong từ
trường và cắt các đường cảm ứng từ.
− Khi mạch điện kín không chuyển động trong từ trường nhưng từ trường
xuyên qua mạch điện đó là từ trường biến đổi theo thời gian.
IX. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
1. Dòng điện xoay chiều:
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và cường độ biến thiên theo
thời gian. Dòng điện xoay chiều thường được tạo ra từ các máy phát điện xoay
chiều hoặc được biến đổi từ nguồn điện một chiều bởi một mạch điện tử thường
gọi là bộ nghịch lưu dùng các Thyristor. Trước đây, dòng điện xoay chiều thường

được gọi là "dòng Galvanic".
Trong kỹ thuật điện, nguồn xoay chiều được viết tắt tiếng Anh là AC (viết
tắt của Alternating Current) và được ký hiệu bởi hình ~ (dấu ngã - tượng trưng
cho dạng sóng hình sin).
Dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín đổi chiều khi số đường sức từ
xuyên qua tiết diện S của cuộc dây đang tăng mà chuyển sang giảm hoặc ngược
lại đang giảm mà chuyển sang tăng.

2. Cách tạo ra dòng điện xoay chiều:
9


Khi cho cuộn dây dẫn kín quay trong từ trường của nam châm hay cho nam
châm quay trước cuộn dây dẫn thì trong cuộn dây có thể xuất hiện dòng điện cảm
ứng xoay chiều.

Hình 10: Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

X. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
1. Máy phát điện xoay chiều:
Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng, thông thường sử
dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là các động cơ tua
bin hơi, tua bin nước, động cơ đốt trong, tua bin gió hoặc các nguồn cơ năng
khác.
Cũng có những máy phát điện kiểu khác, đưa trên những hiện tượng điện tự
nhiên khác như hiệu ứng áp điện, hiệu ứng từ thủy động. Kết cấu của dynamo
tương tự với các động cơ điện, và các loại dynamo thông dụng đều có thể hoạt
động như một động cơ.

2. Cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều:

Các máy phát điện xoay chiều đều có hai bộ phận chính là nam châm tạo ra
từ trường và cuộn dây. Một trong hai bộ phận đó đứng yên gọi là stato, bộ phận
còn lại quay được gọi là rôto.

Hình 11: Cấu tạo và hoạt động máy phát điện xoay chiều

10


XI. CÁC TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU - ĐO CƯỜNG ĐỘ VÀ
HIỆU ĐIỆN THẾ XOAY CHIỀU
− Dòng điện xoay chiều có các tác dụng nhiệt, quang và từ.

Hình 12: tác dụng của dòng điện xoay chiều

− Lực từ đổi chiều khi dòng điện đổi chiều
− Dùng ampe kế hoặc vôn kế xoay chiều có kí hiệu AC (hay~) đề đo các giá
trị hiệu dụng của cường độ và hiệu điện thế xoay chiều. Khi mắc ampe kế
và vôn kế xoay chiều vào mạch điện xoay chiều không cần phân biệt chốt
của chúng.

Hình 13: Ampe kế xoay chiều

Hình 14: Vôn kế xoay chiều

XII. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA
Khi truyền tải điện năng đi xa bằng đường dây dẫn sẽ có một phần điện
năng hao phí do hiện tượng tỏa nhiệt trên đường dây.
Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây tải điện tỉ lệ nghịch với bình
phương hiệu điện thế đặt vào hai đầu đường dây.

 Biện pháp làm giảm hao phí điện năng trên đường dây tải điện
Để giảm hao phí trên đường dây tải điện, cách tốt nhất đang được áp
dụng hiện nay là tăng hiệu điện thế đặt vào hai đầu đường dây.

11


XIII. MÁY BIẾN THẾ
1. Máy biến thế:
Máy biến áp hay máy biến thế, gọi gọn là biến áp, là thiết bị điện dùng để
tăng hoặc giảm hiệu điện thế của dòng điện xoay chiều giữa các mạch điện thông
qua cảm ứng điện từ.

2. Cấu tạo và hoạt động của máy biến thế:
Bộ phận chính của máy biến thế gồm:

− Hai cuộn dây dẫn có số vòng khác
nhau, đặt cách điện với nhau.
Cuộn dây nối với mạng điện gọi
là cuộn sơ cấp, cuộn dây lấy hiệu
điện thế ra sử dụng gọi là cuộn
thứ cấp.
− Một lõi sắt hay thép có pha Silic
gồm nhiều lá mỏng ghép cách điện
với nhau.

Hình 15: Cấu tạo máy biến thế

3. Hoạt động:

Máy biến thế hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lí:

− Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường)
− Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (cảm
ứng điện)
Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ
cấp, và 1 từ trường biến thiên trong lõi sắt. Từ trường biến thiên này tạo ra trong
mạch điện thứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp. Theo định luật cảm ứng
Faraday trường điện từ tạo ra dòng điện cảm ứng ở các cuộn thứ cấp. Như vậy
hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ
trường. Sự biến đổi này có thể được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt.

− Hiệu điện thế ở hai đầu mỗi cuộn dây của máy biến thế tỉ lệ với số vòng dây
của mỗi cuộn:



Lưu ý:

− Nếu k > 1 (tức U1 > U2 hay n1 > n2) là máy hạ thế
− Nếu k < 1 (tức U1 < U2 hay n1 < n2) là máy tăng thế


Chú ý:

12


Máy biến thế chỉ có thể hoạt động được với dòng điện xoay chiều và không
hoạt động được với dòng điện một chiều.

13


CHƯƠNG III: THÍ NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ
I. ỨNG DỤNG CỦA NAM CHÂM VĨNH CỬU.
1. La bàn:
Nam châm chính là một la bàn. Trái đất cũng chính là một nam châm lớn
chính vì thế mà các nam châm luôn chỉ hướng Bắc tại mọi thời điểm. La bàn từ
nam châm giúp xác định được phương hướng.

Hình 16: La bàn

2. Chuông báo động chống trộm:
Nam châm được ứng dụng trong thiết bị báo động chống trộm bằng cách sử
dụng thiết bị chuyển mạch liên kết với nhau bên trong hệ thống báo động. Các
thiết bị này phát hiện những thay đổi trong từ trường gây ra bởi những kẻ xâm
nhập và âm thanh báo động để cảnh báo cho chủ nhà.
Thiết bị bao gồm 2 bộ phận là bộ phận cảm biến từ và nam châm, chúng
được lắp đặt ở cửa và thành khung cửa, khi 2 bộ phận này tách rời nhau thì cảm
biến từ sẽ phát ra tín hiệu RF (315Mhz, 433Mhz) đến các thiết bị cảnh báo như
đèn phát sáng hay chuông báo động.

Hình 17: Chuông báo động chống trộm

14


II. THÍ NGHIỆM TÁC DỤNG TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN - TỪ TRƯỜNG
1. Dòng điện sinh ra từ trường:

* Thí nghiệm:

− Dụng cụ: nguồn điện, biến trở, dây dẫn AB khảo sát, kim nam châm thử,
−
−
−


khóa K, dây nối
Mắc dây AB vào nguồn điện, sau đó bố trí mạch điện sao cho dây dẫn AB
song song với kim nam châm tự do cân bằng
Đóng khóa K và quan sát: Khi có dòng điện I chạy qua dây dẫn AB thì kim
nam châm lệch khỏi vị trí ban đầu
Mở khóa K: kim nam châm lại quay về vị trí ban đầu (chỉ hướng Bắc Nam)
Như vậy đã có tác dụng lực của dòng điện lên kim nam châm: lực này
là lực từ.

* Khi tiến hành thí nghiệm với dây dẫn AB có hình dạng bất kì thì cũng xảy
ra hiện tượng tương tự thí nghiệm trên
Kết luận: Dòng điện chạy qua dây dẫn thẳng hay dây dẫn có hình dạng bất
kỳ đều gây ra tác dụng lực (gọi là lực từ) lên kim nam châm đặt gần nó. Ta nói
rằng dòng điện có tác dụng từ và dòng điện sinh ra từ trường xung quanh nó.

Hình 18: Thí nghiệm Ơtet

2. Từ trường và cách nhận biết
* Thí nghiệm:

− Đưa kim nam châm lại gần nam châm khác hoặc dây dẫn có dòng điện chạy
qua thì kim nam châm bị lệch khỏi vị trí cân bằng. Dịch chuyển kim nam

châm đến các vị trí xung quanh thì cũng quan sát thấy hiện tượng tương tụ.
− Tại mỗi vị trí đó, kim nam châm đều chỉ hướng xác định, nếu dịch chuyển
nhẹ kim thì kim lại quay về vị trí xác định đó.
 Như vậy: Không gian xung quanh nam châm hay dòng điện có khả năng tác
dụng từ lên kim nam châm đặt trong nó.Ta nói trong không gian đó có từ
trường.

15


Hình 19: Thí nghiệm nhận biết từ trường

* Cách nhận biết từ trường:
Để nhận biết từ trường cách đơn giản nhất là sử dụng kim nam châm thử
như trong thí nghiệm.
III.THÍ NGHIỆM TỪ PHỔ - ĐƯỜNG SỨC TỪ
Vì những đường sức từ trong không gian chúng ta không thể nhìn thấy
được do đó người ta dùng hình ảnh từ phổ để quan sát được đường sức từ.
* Tiến hành thí nghiệm:
Rắc mạt sắt trong một tấm kiếng (nhựa), đặt vào trong từ trường của nam
châm hoặc dây dẫn mang dòng điện sau đó gõ nhẹ.
Kết quả: Những mạt sắt sẽ được sắp xếp thành hình ảnh của những đường
sức từ trong từ trường đó, nơi nào mạt sắt dày thì từ trường mạnh, nơi nào mạt
sắt thưa thì từ trường yếu.

Hình 20: Thí nghiệm từ phổ của nam châm thẳng

Khi đặt các kim nam châm nối tiếp nhau trên một đường sức từ thì ta nhận
thấy các kim nam châm nối đuôi nhau dọc theo một đường sức từ. Cực Bắc của
kim này nối với cực Nam của kim kia. Người ta quy ước chiều của đường sức là

chiều đi từ cực nam đến cực bắc xuyên dọc kim nam châm đặt cân bằng trên
đường sức đó.

16


IV. TỪ TRƯỜNG CỦA ỐNG DÂY CÓ DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA
Để khảo sát đường sức từ của ống dây có dòng điện ta tiến hành thí nghiệm:
Rắc đều một lớp mạt sắt trên một tấm nhựa có luồn sẵn các vòng dây của
một dây dẫn có dòng điện chạy qua, gõ nhẹ tấm nhựa.

Hình 21: thí nghiệm từ phổ của ống dây có dòng điện

Khi đặt các kim nam châm nối tiếp nhau trên một đường sức từ thì ta nhận
thấy đường sức từ bên ngoài ống dây có dòng điện chạy qua rất giống phần từ
phổ bên ngoài thanh nam châm thẳng. Trong điều kiện lý tưởng các vòng dây là
như nhau thì phần từ trường bên trong ống dây là từ trường đều các đường sức sẽ
song song cùng chiều với nhau.
Khi ta cho dòng điện qua ống dây đổi chiều thì các kim nam châm cũng đổi
chiều. Như vậy chiều của đường sức từ của ống dây có dòng điện phụ thuộc vào
chiều của dòng điện. Để xác định chiều đường sức từ của ống dây có dòng điện
người ta sử dụng quy tắc nắm tay phải.

V. ỨNG DỤNG CỦA NAM CHÂM ĐIỆN.
Ưu điểm chính của một nam châm điện là từ trường có thể được thay đổi
nhanh chóng trong một phạm vi rộng của các giá trị bằng cách kiểm soát sức
mạnh của dòng điện hoặc thay đổi số vòng dây quấn quanh lõi sắt. Tuy nhiên,
cần có một nguồn cung cấp năng lượng điện ổn định là điều cần thiết, nhất là để
duy trì trong các lĩnh vực phẫu thuật.
Một vài ứng dụng thường gặp của nam châm điện:

1. Chuông điện:
Có nhiều loại chuông điện từ cho âm thanh khác nhau tùy vào mục đích sử
dụng nhưng chúng đều có một nguyên lý chung đó là dùng từ trường để tạo ra
những tác động cơ học đến các thiết bị tạo âm thanh.

a. Cấu tạo:
Nguồn điện, nam châm điện, cần gõ bằng lá thép đàn hồi, công tắc,
tiếp điểm. Được lắp ráp như hình
b. Nguyên lý hoạt động:

17


Khi có dòng điện đi qua cuộn dây chúng sẽ tạo ra một từ trường trong
lõi kim loại. Cuộn dây sẽ khuếch đại từ trường này và khi đó nam châm
điện có thể hút các vật chất bằng sắt thép xung quanh nó giống như một
nam châm vĩnh cửu thông thường. khi đó sẽ hút miếng kim loại và làm
cho đầu gõ của cần gõ đập vào chuông tạo ra âm thanh, khi cần gỗ đập
vào chuông thì tiếp điểm hở ra và cuộn dây mất điện dẫn đến nam châm
điện mất từ tính khi đó lá thép có tính đàn hồi và trở lại vị trí ban đầu lúc
này lại chậm vào tiếp điểm và cuộn dây lại được cấp điện rồi hút miếng
kim loại cứ như vậy chuông sẽ kêu cho đến khi ngắt công tắc.

Hình 22: Nguyên lý hoạt động của chuông điện

2. Rơle
Rơ le là một công tắc hoạt động bằng điện. Nó bao gồm một tập hợp các
thiết bị đầu vào và đầu ra cho một hoặc nhiều tín hiệu điều khiển. Rơ le có nhiều
hình thức kết nối, chẳng hạn như thực hiện kết nối, ngắt kết nối hoặc kết hợp các

kiểu đó với nhau

a. Cấu tạo của rơ le điện từ
Rơ le điện từ có các bộ phận chính là mạch từ, cuộn dây, tiếp điểm, vỏ.
Mạch từ được chế tạo từ vật liệu sắt từ gồm hai phần, phần tĩnh hình chữ và phần
động là tấm thép hình chữ U. Phần động nối liên kết cơ khí với tiếp điểm động.

b. Nguyên lý hoạt động của rơ le điện từ
Rơ le điện từ hoạt động trên nguyên tắc của nam châm điện thường dùng để
đóng cắt mạch điện có công suất nhỏ, tần số đóng cắt lớn.

18


Hình 23: Nguyên lý hoạt động của Rơ le điện từ

3. Thiết bị y học:
Trong y học, các bệnh viện sử dụng kỹ thuật chẩn đoán MRI là kỹ
thuật chụp cộng hưởng từ, một kỹ thuật chẩn đoán hình hiện đại dùng từ
trườngvà sóng ra-đi-o nhằm giải quyết tại chỗ các vấn đề trong bộ phận cơ thể
của bệnh nhân mà không cần phẫu thuật xâm lấn.

Hình 24: Máy cộng hưởng MRI

4. Một vài ứng dụng khác của nam châm điện:
− Nam châm nâng công nghiệp
− Loa
− Khóa từ
− Thiết bị lưu trữ ghi âm từ và các loại dữ liệu
− Tách từ tính của vật liệu

− Motors và máy phát điện
VI.

LỰC ĐIỆN TỪ.
* Tiến hành thí nghiệm:

Tiến hành thí nghiệm như hình . Đoạn dây AB được đặt trong từ trường của
một nam châm, đóng công tắc K.
Kết quả: Từ trường tác dụng lực lên dây AB có dòng điện , lực đó gọi là lực
điện từ.

19


Hình 25: Thí nghiệm lực điện từ

Khi đổi chiều dòng điện dòng điện hoặc đổi chiều đường sức từ thì ta thấy
lực điện từ thay đổi. Như vậy lực điện từ tác dụng lên dây dẫn AB phụ thuộc vào
chiều dòng điện trong dây dẫn và chiều đường sức từ. Vậy để xác định lực điện
từ ta sử dụng quy tắc bàn tay trái.

VII.

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Nguyên lý hoạt động: Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung
quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng
lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo quy
tắc bàn tay trái. Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm
cho rotor quay. Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ

góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ có
vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường. Nghĩa là
lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của
nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính.

• Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển
động quay của rotor.

• Pha 2: Rotor tiếp tục quay.
• Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và
rotor cùng dấu, trở lại pha 1.

Pha 1

20


Pha 3

Pha 2

Hình 26: Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều

VIII. ĐINAMO XE ĐẠP ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ.
Đinamo xe đạp gồm 1 cuộn dây và một nam châm được gắn với một núm
quay, khi núm quay tiếp xúc với bánh xe đang quay sẽ làm cho nam châm quay
dẫn đến từ trường thay đổi và tạo ra dòng điện cảm ứng làm cho bóng đèn phát
sáng.

Hình 27: Mô hình đinamo ở xe đạp

IX.

DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
* Tiến hành thí nghiệm:

Máy phát điện quay tay gồm: 2 thanh nam châm vĩnh cửu. Rôto bằng thép
gắn trên trục quay bằng thép, một đầu trục gắn puli bằng nhôm, đầu kia gắn cổ
góp để lấy điện ra 1 chiều và xoay chiều, hai thanh quét bằng đồng đàn hồi. Vô
lăng (có trục quay, tay quay và giá trục quay) bằng nhựa, phẳng, không vênh. Đế
có 4 chân bằng cao su, trên mặt có: 2 cọc đấu dây có lỗ cắm giắc bằng đồng (để
cấp và lấy điện ra), gắn (đui + đèn) loại 6,3V. 2 đèn LED mắc song song ngược
chiều trên tấm mạch in có thể cài để lấy điện trên 2 cọc đấu dây ở mặt đế.

21


Hình 28: Máy phát điện quay tay

Khi 2 thanh quét ở 2 bên thì chỉ lấy được điện 1 chiều và do đó chỉ có 1
bóng đèn led sáng, khi quay ngược chiều so với ban đầu thì bóng đèn led còn lại
sáng.
Khi 2 thanh quét ở giữa thì lấy được dòng điện xoay chiều và do đó bóng
đèn sợi đốt sáng và 2 led sáng/tắt luôn phiên.
Đèn chỉ sáng trong khi quay vô lăng vì khi đó số đường sức qua cuộn dây
thay đổi, còn khi vô lăng không quay số đường sức qua cuộn dây không đổi và
không tạo ra dòng điện cảm ứng.

X. MỘT SỐ LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU.
1. Thủy điện:

Sử dụng sức chảy của dòng nước để làm quay tuabin của máy phát điện và
tạo ra dòng điện cảm ứng xoay chiều.

Hình 29: Mô hình thủy điện dùng đập ngăn nước

2. Điện gió:
22


Sử dụng năng lượng gió để quay cánh quạt được gắn với roto, khi ro to
quay máy phát điện tạo ra dòng điện cảm ứng xoay chiều.

Hình 30: Máy phát điện sử dụng năng lượng gió

23


3. Nhiệt điện:
Nhà máy điện nhiệt là một nhà máy điện, trong đó hóa năng của nhiên liệu
được biến thành nhiệt năng cấp nhiệt cho nước để biến thành hơi. Nước được đun
nóng, chuyển thành hơi nước và quay một tua bin hơi nước và tuabin này làm
chạy một máy phát điện.

Hình 31: Nhà máy nhiệt điện

4. Điện nguyên tử:
Như nhà máy nhiệt điện năng lượng ban đầu để đun nước lấy từ phản ứng
của lò phản ứng hạt nhân nguyên tử.

Hình 32: Sơ đồ nguyên lý hoạt động nhà máy điện nguyên tử

Hình 33: Hình ảnh mô tả nhà máy điện nguyên tử

24


XI.

CÁC TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU.
1. Tác dụng từ.

Sử dụng để làm nam châm điện, nam châm công nghiệp,... Thường dùng
trong công nghiệp chế biến sắt thép, tái chế sắt hay tại các cảng biển, cảng vận tải
lớn,...
Nam châm điện thường dùng trong các nhà máy lớn dùng để vận chuyển các vật
liệu kim loại có khối lượng lớn.

Hình 34: Nam châm điện sử dụng trong công nghiệp

2. Tác dụng phát sáng
Sử dụng thắp sáng đèn sinh hoạt, đèn báo,...

Hình 35: Tác dụng phát sáng của dòng điện xoay chiều

3. Tác dụng nhiệt
Bàn là điện, nồi cơm điện, lò sưởi điện, lò vi sóng,... đều hoạt động dựa trên
tác dụng nhiệt của dòng điện.

25