Hiện tượng tự cảm là gì?- Những ứng dụng trong thực tế

Hiện tượng tự cảm là gì?

Hiện tượng tự cảm xuất hiện trong một mạch kín có dòng điện xoay chiều chạy qua. Hay trong một mạch điện một chiều khi ta đóng mạch hoặc ngắt mạch. Từ thông qua mạch biến thiên khi có cường độ dòng điện trong mạch biến thiên.

Hệ số tự cảm của ống dây hình trụ

Trong thí nghiệm về hiện tượng tự cảm người ta có sử dụng có sử dụng một cuộn dây hay còn được gọi là cuộn cảm, L sẽ được gọi là hệ số tự cảm của cuộn dây. Khi đó hệ số tự cảm của ống dây hình trụ gồm N vòng dây:

Trong đó:

• L: Hệ số tự cảm cuộn ống dây (H)
• N: Số vòng dây
• l: Chiều dài ống dây (m)
• S: Tiết diện ống dây (m2)

Suất điện động tự cảm

Suất điện động tự cảm được định nghĩa là suất điện động sinh ra dòng điện tự cảm, tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch:

• Etc: Suất điện động tự cảm (V)
• L: Hệ số tự cảm của cuộn dây (H đọc là Henry)
• ∆i: Độ biến thiên của cường độ dòng điện (A)
• ∆t: Thời gian biến thiên cường độ dòng điện (s)
• ∆i/∆t: Tốc độ biến thiên cường độ dòng điện (A/s)

Dấu “-” giống như công thức tính suất điện động cảm ứng theo định luật Faraday chỉ chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo định luật Lenxo.

Năng lượng từ trường của cuộn dây

Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm là loại năng lượng mà đã được tích lũy trong ống dây tự cảm khi có dòng điện đi qua.

Công thức tính:

Trong đó:

• W: Năng lượng từ trường (J)
• L: Độ tự cảm (H)
• I: Cường độ dòng điện (A)

Hiệu ứng bề mặt

Hiện tượng tự cảm không chỉ xảy ra ngay trong lòng một dây dẫn có dòng điện biến đổi chạy qua. Mà trong một thí nghiệm đã chỉ ra rằng: Khi cho dòng điện cao tần (dòng điện biến đổi với tần số cao) chạy qua một dây dẫn thì do hiện tượng tự cảm. Dòng điện đó hầu như không chạy ở trong lòng dây ấy mà chỉ chạy ở lớp ngoài của nó. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng ngoài da.

Hiện tượng đó được giải thích như sau: Giả sử dòng điện cao tần đi từ dưới lên trên như hình. Dòng điện ấy gây trong lòng dây dẫn một từ trường, với các đường sức cảm ứng từ có chiều như ở hình vẽ (quy tắc vặn nút chai). Do dòng điện biến đổi, nên từ trường do nó gây ra cũng biến đổi theo. Nếu xét trên một tiết diện bất kỳ chứa trục đối xứng của dây, thì từ thông gửi qua tiết diện đó cũng biến đổi. Do đó trong các tiết diện đó xuất hiện những dòng điện cảm khép kín. Ví dụ như dòng điện ic trên hình.

Vậy nên khi dòng điện cao tầng tăng, các dòng điện tự cảm xuất hiện trong dây dẫn sẽ chống lại sự tăng của phần dòng điện cao tần chạy trong ruột của dây. Và làm thuận lợi cho sự tăng của phần dòng điện cao tần chạy ở bề mặt dây đó. Hay nói cách khác, dòng điện cao tần hầu như chỉ chạy ở lớp bề mặt của dây dẫn. Và người ta cũng cũng chứng minh được kết quả như vậy.

Dòng điện tự cảm khi ngắt mạch

Khi bạn mở cầu dao của một mạch điện có chứa động cơ điện, người ta sẽ thấy hồ quang xuất hiện ở giữa hai cực của cầu dao. Nguyên nhân của hiện tượng này chính là khi ngắt mạch. Từ đó dòng điện sẽ giảm đột ngột về giá trị là không. Vậy nên các cuộn dây của máy điện có xuất hiện một dòng điện tự cảm khá lớn. Và dòng điện này sẽ phóng ra lớp không khí ở giữa hai cực của cầu dao. Và chính điều này sẽ gây nguy hiểm cho hệ thống điện.

Để khử hồ quang điện trong quá ngắt mạch, người ta sẽ đặt cầu dao trong dầu, hay có thể dùng khí phụt mạnh,… để dập tắt hồ quang.

Ứng dụng của hiện tượng tự cảm

Trong nội dung bài viết “hiện tượng tự cảm” chúng ta hãy cùng đi tìm hiểu về những ứng dụng của hệ tượng vật lý này trong thực tế. Rõ thấy nhất chính là các mạch điện xoay chiều, là nơi thường xuyên diễn ra hiện tượng này. Bên cạnh đó cuộn cảm còn là một bộ phận quan trọng trong các mạch điện xoay chiều, mạch dao động và máy biến áp.

Trên đây là những kiến thức về hiện tượng tự cảm mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn. Mong rằng bài viết sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình tìm hiểu các vấn đề tương tự. Mọi thắc mắc hay những đóng góp ý kiến vui lòng liên hệ với AME Group để được hỗ trợ.