Cảm ứng từ: Đơn vị, công thức tính và ứng dụng trong các môi trường

Cảm ứng từ là gì?

Cảm ứng từ (ký hiệu B) là đại lượng có hướng tại 1 điểm trong từ trường, biểu thị độ mạnh yếu của từ trường, hướng của từ trường và lực tác dụng của lực từ. Độ cảm ứng từ được đo bằng thương giữa số lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện được đặt vuông góc với đường cảm ứng từ tại điểm đó.

Véc tơ của cảm ứng từ B có là phương tiếp tuyến với đường sức tại điểm đó có chiều từ cực nam sang cực bắc của nam châm.

Quy tắc bàn tay phải

Để xác định chiều của các đường sức từ trong ống dây dẫn hình trụ, người ta áp dụng theo quy tắc bàn tay phải. Quy tắc này được phát biểu như sau: Nắm bàn tay phải theo chiều của vòng dây, chiều từ cổ tay đến ngón cái trùng chiều dòng điện đi qua cuộn dây, ngón cái choãi ra 90 độ chỉ chiều các đường sức từ trong lòng ống dây.

Quy tắc bàn tay phải

Đơn vị cảm ứng từ

Cảm ứng từ có đơn vị là Tesla (T) với 1 T là độ lớn của cảm ứng từ của vòng dây dẫn kín có diện tích mặt phẳng chắn được bên trong là 1m2. Nếu từ thông giảm xuống 0 thì trong 1s  sẽ tạo ra suất điện động 1V. Tên đơn vị cảm ứng từ được đặt theo nhà bác học người Áo Nikola Tesla.

Công thức tính cảm ứng từ

Để tính cảm ứng từ, ta có công thức sau: B = F/I.l

Trong đó:

• B: Cảm ứng từ
• F: Lực từ
• I: Cường độ dòng điện qua dây

Áp dụng các công thức tính cảm ứng từ cho từng môi trường

Bên cạnh sử dụng công thức chung để tính cảm ứng từ thì trong các trường hợp khác nhau sẽ có công thức tính riêng đơn giản, nhanh chóng hơn.

Tính từ trường cho dây dẫn dài vô hạn

Xác định cảm ứng từ vector B tại điểm M cách dây dẫn một đoạn r với cường độ dòng điện I. Ta xét vector B như sau:

• Điểm đặt: điểm M
• Phương: Vuông góc với mặt phẳng chứa điểm M và dây dẫn
• Chiều: Sử dụng quy tắc bàn tay phải để xác định
• Độ lớn: Bm = (2.10^-7. I)/Rm

Trong đó:

• Bm: Cảm ứng từ tại điểm M
• R: Khoảng cách từ điểm xét đến dây dẫn
• I: Cường độ dòng điện đi qua

Đối với dây có chiều dài hữu hạn thì cảm ứng từ do dây dẫn gây ra tại điểm M sẽ được tính theo công thức:

Tính từ trường cho dây dẫn dài vô hạn

Ví dụ: Xác định cảm ứng từ do dòng điện trong 1 dây dẫn dài thẳng vô hạn có I = 10A tại điểm M cách dây 5cm. Áp dụng công thức ta có: Bm = (2.10-7. 10)/0.05= 4.10^-5 (T)

Tính từ trường dòng điện tròn

Để tính cảm ứng vector B tại tâm O của vòng dây dẫn bán kính R, dòng điện I, ta xác định như sau:

• Điểm đặt: Tâm O của cuộn dây
• Phương: Vuông góc với mặt phẳng vòng dây
• Chiều: Xác định bằng quy tắc bàn tay phải
• Độ lớn: Bo = (2π.10^-7. I)/R

Trong đó:

• Bo: Cảm ứng từ tại điểm O
• R: Khoảng cách từ điểm xét đến dây dẫn
• I: Cường độ dòng điện đi qua

Tính từ trường dòng điện tròn

Ví dụ: Xác định cảm ứng từ do dòng điện trong 1 khung dây có bán kính 5cm, khung dây có 1 vòng và I = 5A. Áp dụng công thức ta có:

Bm = (2π.10^-7. 5)/0.05= 2π.10^-5 (T)

Tính từ trường ống dây

Xác định cảm ứng từ B tại 1 điểm bất kì bên trong lòng ống dây dẫn có cường độ dòng điện I. Ta có:

• Điểm đặt: Tại điểm xét
• Phương: Song song với trục ống dây dẫn
• Chiều: Sử dụng quy tắc nắm bàn tay phải
• Độ lớn: B = (4π.10-7. I.N)/R = 4π.10^-7. I.n

Trong đó:

• B: Cảm ứng từ tại điểm
• N: Số vòng dây dẫn
• L: Chiều dài ống dây
• I: Cường độ dòng điện đi qua

Ví dụ: Tính cảm ứng từ B trong cuộn dây có cường độ I=10A, cuộn dây có 5 vòng dây, khoảng cách tại điểm xét đến cuộn dây là 0.05m. Ta có:

B =  (4π.10^-7 I.N)/R = 4π.10^-7.10×5/0.05 = 8π.10^-4  (T)

Như vậy, trên đây là thông tin tiết về cảm ứng từ cũng như các công thức tính cụ thể cảm ứng từ trong từng trường hợp. Hãy tiếp tục theo dõi AME Group trong các bài viết tiếp theo để nhận được những thông tin hữu ích nhất!