Nam châm điện là một dụng cụ tạo từ trường hay một nguồn sản sinh từ trường hoạt động nhờ từ trường sinh ra bởi cuộn dây có dòng điện lớn chạy qua. Nam châm điện gồm hai phần là cuộn dây tạo từ trường và lõi dẫn [khuếch đại] từ. Cảm ứng từ của nam châm điện được dẫn và tạo thành lớn nhờ việc sử dụng một lõi dẫn từ làm bằng vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn và cảm ứng từ bão hòa cao. Khác với nam châm vĩnh cửu có cảm ứng từ cố định, nam châm điện có cảm ứng từ có thể thay đổi được nhờ việc điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây.
Cấu tạoSửa đổi
Cuộn dâySửa đổi
Một dây dẫn điện với vòng quấn d N {\displaystyle \operatorname {d} \!N}
L = μN2 [l/A]l: chu vi vòng tròn = 2Πr
Nam châm điện gồm hai phần là cuộn dây tạo từ trường và lõi dẫn [khuếch đại] từ. Chi tiết của từng loại nam châm điện có thể khác nhau nhưng đều theo nguyên lý chung này.
Cuộn dây tạo từ trườngSửa đổi
Thông thường, cuộn dây là cuộn "solenoid" được cuốn nhiều vòng dây đều nhau. Cường độ từ trường sinh ra trong ống dây được tính theo công thức:
Với N , L , I {\displaystyle N,L,I} lần lượt là số vòng dây, chiều dài cuộn dây và cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây.
Lõi dẫn từSửa đổi
Lõi dẫn từ của nam châm điện là các vật liệu từ mềm và thông thường chúng phải thỏa mãn các yêu cầu:
- Có độ từ thẩm lớn
- Cảm ứng từ bão hòa cao [để không giới hạn dải hoạt động của nam châm.
- Có tổn hao trễ nhỏ [lực kháng từ nhỏ] để không làm trễ quá trình thay đổi từ trường của nam châm.
Khi có lõi dẫn từ, cảm ứng từ sinh ra tại bề mặt của cực nam châm điện sẽ được xác định theo công thức:
B = μ r μ 0 H = μ r μ 0 N L I {\displaystyle B=\mu _{r}\mu _{0}H=\mu _{r}\mu _{0}{\frac {N}{L}}I}Với
μ 0 , μ {\displaystyle \mu _{0},\mu } là độ từ thẩm của chân không và độ từ thẩm tỉ đối của vật liệu dùng làm lõi dẫn từ.Một số vật liệu được sử dụng làm lõi nam châm điện:
- Hợp kim sắt silic
Các kiểu nam châm điện và ứng dụngSửa đổi
Ứng dụng trong khoa học kỹ thuậtSửa đổi
Thẻ tín dụng, thẻ ghi nợ và máy rút tiền tự động: trên các thẻ này đều có dải từ bên dưới, dải từ này được làm từ nam châm điện.
Các màn hình ti vi và máy tính: màn hình TV và máy tính có một ống tia âm cực sử dụng hai cặp nam châm điện để điều khiển hướng đi của chùm tia êlectron đến màn hình.
Động cơ điện và máy phát điện: một số động cơ điện dựa vào sự kết hợp của một nam châm điện và một nam châm vĩnh cửu trong khi máy phát điện thì ngược lại [chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng bằng cách di chuyển một dẫn thông qua một từ trường].
Rơ-le: nam châm điện được sử dụng để điều khiển các thiết bị chuyển mạch trong rơ-le. Điều này đặc biệt quan trọng khi thực hiện một vài hoạt động ví như thực hiện cuộc gọi điện thoại. Các điện thoại đầu tiên đã sử dụng một loại chuyển tiếp, nó không chỉ giúp kết nối cuộc gọi mà còn tạo nên bộ nhớ chức năng.
Cần cẩu điện: các tấm tròn ở cuối của cần cẩu chính là một nam châm điện, khi sử dụng năng lượng điện thì tấm tròn có thể nâng các loại rác bằng kim loại lên.
Ngoài ra, nam châm điện còn được ứng dụng trong các ngành giao thông [tàu điện], hàng không, vũ trụ, công nghệ quân sự, v.v,
Ứng dụng trong công nghiệp và y họcSửa đổi
Nam châm điện được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và tiêu dùng dưới dạng các ứng dụng như của nam châm vĩnh cửu. Có thể kể đến là động cơ điện, xe bán tải điện, micro, bộ cảm biến, loa phóng thanh, ống sóng đi du lịch, đồ trang sức, Nam châm điện còn được sử dụng rộng rãi trong các dụng cụ như đồng hồ, cảm biến, thiết bị lò vi sóng, thiết bị điều khiển tự động, v.v,...
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 trường và sóng ra-đi-ô nhằm giải quyết tại chỗ các vấn đề trong bộ phận cơ thể của bệnh nhân mà không cần phẫu thuật xâm lấn.
Xem thêmSửa đổi
- Nam châm
- Nam châm vĩnh cửu
- Nam châm samarium coban
- Nam châm neodymi
- Nam châm đất hiếm
- Nam châm ferrite
Tham khảoSửa đổi
| Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Nam châm điện. |