.

Dòng điện Fuco là gì? Tác hại và Ứng dụng trong thực tế

19/08/2022 08:22 +07 - Lượt xem: 744916

Dòng điện Fuco là dòng điện được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống thường ngày. Tuy nhiên không phải ai cũng biết về khái niệm cũng như lợi ích tác hại của nó. Trong bài viết dưới đây, AME Group sẽ giúp bạn có được những thông tin cơ bản nhất về dòng điện này.

Dòng điện Fuco

Dòng điện fuco là gì?

#1 Thí nghiệm

Foucault là người đã phát minh ra dòng điện Fuco, ông làm thí nghiệm như sau:

  • Đầu tiên ông quay một đĩa kim loại quanh một trục không ma sát, đĩa quay một lúc lâu.
  • Sau đó ông lặp lại thí nghiệm trên, nhưng đặt đĩa kim loại trong một từ trường mạnh. Đĩa quay nhanh chóng dừng lại khi được đưa vào từ trường và đồng thời nóng lên.
  • Thí nghiệm trên có thể giải thích như sau:

Khi các hạt tích điện chuyển động tự do trong kim loại (cụ thể là electron), chuyển động, cùng với đĩa, trong từ trường sẽ chịu lực Lorentz gây ra bởi từ trường, làm lệch quỹ đạo chuyển động. Điều này cũng có nghĩa các hạt điện tích sẽ chuyển động tương đối so với đĩa tạo ra dòng điện xoáy, dòng điện Foucault trong đĩa. Khi đó dòng điện này bị cản trở bởi điện trở của đĩa và sinh ra nhiệt lượng làm nóng đĩa. Theo như định luật bảo toàn năng lượng, động năng của đĩa đang quay sẽ được chuyển hóa thành nhiệt năng của nó, khi đó đĩa buộc phải quay chậm lại khi nóng lên.

Thí nghiệm Dòng điện Fuco

Thí nghiệm dòng điện Fuco

Ta cũng có thể thực hiện một thí nghiệm khác như sau:

  • Cho tấm kim loại (đồng hay nhôm) dao động trong từ trường của nam nhân.
  • Ta sẽ thấy tấm kim loại chỉ dao động trong khoảng thời gian ngắn rồi dừng lại.
  • Cho một tấm kim loại có rãnh xẻ dao động giữa hai cực của nam châm, khi đó nó sẽ dao động được lâu hơn.

Thí nghiệm Dòng điện Fuco 2

Thí nghiệm dòng điện Fuco

#2 Định nghĩa dòng điện Fuco

Dòng điện Fuco có tên đầy đủ là dòng điện Foucault hay còn gọi là dòng điện xoáy (eddy current) là một dòng điện sinh ra khi ta đặt một vật dẫn điện vào trong một từ trường biến đổi theo thời gian hay vật dẫn chuyển động cắt ngang từ trường. Nó được phát hiện ra bởi một nhà vật lý người Pháp Léon Foucault (1819-1868) nhờ một từ trường biến thiên.

Nguyên nhân vật lý gây nên dòng điện Fuco là lực Lorentz hay lực điện tương đối tính tác động lên các hạt tích điện có thể chuyển động tự do trong vật dẫn. Nó luôn chống lại nguyên nhân gây ra nó, theo như định luật Lenz. Dòng điện sẽ tạo ra một cảm ứng từ có từ thông ngược nhằm chống lại sự biến thiên của từ thông tạo ra nó. Hoặc tương tác với từ trường tạo ra nó gây ra lực cơ học luôn chống lại chuyển động của vật dẫn.

Bên cạnh đó, dòng điện Foucault cũng là một hiệu ứng vật lý, trong nhiều hiệu ứng liên quan đến cảm ứng điện từ, có chung bản chất với hiệu ứng bề mặt trong các dây dẫn điện xoay chiều. Được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống.

Định nghĩa dòng điện Fuco

Định nghĩa dòng điện Fuco

Tính chất dòng điện Fuco

Dòng điện Fuco có tính chất xoáy và lực Lorentz là nguyên nhân sinh ra nó. Khi các hạt điện tích (electron) chuyển động tự do trong vật dẫn và chuyển động cùng vật dẫn. Trong từ trường sẽ ảnh hưởng với lực Lorentz do từ trường gây ra sẽ làm lệch quỹ đạo chuyển động.

Điều này có nghĩa các hạt tích điện cũng có thể chuyển động tương đối cùng với vật dẫn tạo ra dòng điện xoáy, chính là dòng điện Fuco. Nhưng nó lại bị cản lại bởi điện trở của vật dẫn nên đã sinh ra nhiệt lượng làm nóng vật dẫn. Khi đó sẽ xảy ra định luật bảo toàn năng lượng, động năng của vật dẫn sẽ được chuyển hóa thành nhiệt năng và làm cho vật nóng lên.

Cách tính dòng điện fuco

Ta xét trường hợp: Một vòng dây dẫn điện được đặt trong từ trường. Khi đó mức hiệu điện thế được tạo ra sẽ tỷ lệ với độ biến thiên từ thông trên vòng dây  Cách tính dòng điện fuco.

Theo như tích phân của định luật cảm ứng Faraday, ta có:

Cách tính dòng điện fuco

Dòng điện được tạo ra trong dây dẫn điện lúc này là dòng điện Fuco, theo định luật Ohm thì tỷ lệ nghịch với điện trở R của dây:

Cách tính dòng điện fuco

Khi có mức cường độ từ trường không biến thiên, B là bao phủ tiết diện cắt ngang của dây dẫn, S, thì có từ thông từ thông được tính bằng công thức:

Cách tính dòng điện fuco

Nếu như tiết diện S của dây dẫn không biến đổi, ta có công thức tính độ biến thiên của từ thông là:

Cách tính dòng điện fuco

Dòng điện Fuco có công thức là:

Cách tính dòng điện fuco

Còn nếu như từ trường biến đổi Cách tính dòng điện fuco dẫn đến Cách tính dòng điện fuco. Từ đó ta sẽ được công thức tính tổng quát của dòng điện Fuco như sau:

Cách tính dòng điện fuco

Ứng dụng của dòng điện Fuco

Trong thực tế, dòng điện Fuco được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống cụ thể như:

Đệm từ trường

Được sử dụng trong tàu cao tốc để làm giảm ma sát hay tăng tốc độ của tàu. Nó được giải thích như sau: Khi ta đặt một vật dẫn trong từ trường tăng dần từ trên cao xuống, khi vật rơi xuống sẽ có từ thông đi qua tăng lên, tạo thành một dòng điện Fuco làm kháng lại sự rơi này.

Luyện kim

Những người thợ sẽ tiến hành cho dòng điện xoay chiều ở tần số cao đi qua cuộn dây. Khi đó từ trường biến đổi mạnh sẽ được sinh ra trong lò và làm xuất hiện dòng điện Foucault. Đồng thời nó sẽ tỏa ra một nhiệt lượng có thể nấu chảy được kim loại. Đây là phương pháp có thể tránh được các phản ứng hóa học xảy ra.

Bếp từ (bếp điện cảm ứng)

Bên trong bếp sẽ tạo ra một từ trường biến đổi ở trên bề mặt với khoảng cách chỉ vài milimet. Tuy nhiên bếp phải sử dụng các loại nồi chuyên dụng có phần đáy được làm bằng kim loại để khi nằm trong từ trường nó có thể nóng lên, làm chín thức ăn.

Đồng hồ đo điện

Một ứng dụng nữa của dòng điện Foucault là có thể làm chi kim đồng hồ ở bên trong đồng hồ đo điện tắt nhanh dao động. Khi gắn vào đầu kim một chiếc đĩa kim loại nhỏ, chiếc đĩa này sẽ được đặt bên trong từ trường mà nam châm vĩnh cửu sinh ra. Khi kim chuyển động thì đĩa kim loại này cũng sẽ bị chuyển động theo và từ thông xuyên qua đĩa sẽ làm xuất hiện dòng điện Foucault.

Tại đây, dòng điện sẽ tương tác với từ trường nam châm và gây ra một lực chống lại đãi kim loại chuyển động và làm đồng hồ dừng lại.

Thiết bị giảm tốc (phanh xe)

Với đặc điểm có thể làm dừng lại các chuyển động, dòng điện Foucault còn được ứng dụng để làm phanh hãm cho các loại phương tiện như xe đạp, xe máy, xe đẩy hay thậm chí cả tàu cao tốc, cầu trục. Ưu điểm của phương pháp này là phanh nhanh, không bị hao mòn các linh kiện, giúp giảm chi phí bảo dưỡng.

Ứng dụng trong ngành y tế

Dòng điện Fuco được ứng dụng trong xe đạp để xác định bệnh thiếu máu cơ tim. Cấu tạo của chiếc xe gồm có một bánh xe bằng đồng nằm ở giữa hai cực của nam châm điện. Khi đạp sẽ tạo ra dòng điện Foucault và sinh ra lực cản, đơn vị tính bằng KGm hay Ws

Người bệnh sẽ đạp xe với các mức tăng dần, mỗi lần thử nghiệm sẽ kéo dài từ 3 đến 5 phút. Sau mỗi lượt, người bệnh sẽ được đo điện tâm đồ và hệ thống HA.

Bên cạnh đó dòng điện còn được ứng dụng trong máy phát điện, microphone hay được dùng để dò kim loại.

Tác hại của dòng điện Fuco

Tuy được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống nhưng dòng điện Fuco cũng có thể gây hại. Dưới đây là các tác hại và cách làm giảm tác hại của dòng điện:

Dòng điện Fuco gây hại do đâu

Như đã biết, dòng điện có thể làm cho vật nóng lên. Do đó các nhà máy biến thế và động cơ điện, dòng điện có thể làm cho thiết bị nóng nhanh hơn và gây hao phí một phần năng lượng. Bởi các nhà máy này có phần lõi sắt được đặt trong từ trường biến đổi. Điều này có thể khiến cho hiệu suất hoạt động của máy bị giảm đi nhiều.

Cách làm giảm tác hại của dòng điện Fuco

Dòng điện Fuco có đặc điểm là tỷ lệ thuận với diện tích của khối vật dẫn. Hay hiểu theo một cách đơn giản hơn, khối vật dẫn có điện tích càng lớn thì dòng điện Fuco sẽ càng lớn. Bên cạnh đó, dựa trên nguyên nhân làm xuất hiện dòng Fuco, ta thấy rằng khi điện trở của vật dẫn càng tăng lên thì dòng Fuco sẽ giảm đi.

Từ đó, người ta đã có những phương pháp có thể làm giảm tác hại của dòng Fuco như:

  • Theo vì để nguyên khối vật dẫn, người ta sẽ chia nhỏ các tấm kim loại mỏng được sơn tĩnh điện và ghép chúng lại với nhau. Khi thực hiện phải đảm bảo các lát cắt song song với chiều của từ trường.
  • Khi dòng điện Fuco chạy trong lõi sắt của máy biến thế, do diện tích tiếp xúc nhỏ và điện trở của tấm loại cao. Nên dòng điện Fuco sẽ bị giảm xuống một cách đáng kể.
  • Ngoài ra người ta có thể làm tăng điện trở của vật dẫn bằng cách sử dụng tôn lõi silic hoặc gốm ferit.

Trên đây là những thông tin liên quan đến dòng điện Fuco mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn. Mong rằng bài viết sẽ đem lại cho bạn nhiều thông tin bổ ích. Mọi thắc mắc hay những đóng góp ý kiến vui lòng liên hệ với AME Group để được hỗ trợ.

 




Bài xem nhiều


  •  
     
    23/07/2024 | Tin chuyên ngành

    Aptomat được sử dụng nhiều trong gia đình, các xưởng sản xuất…Nhưng dòng cắt của Aptomat là gì? không phải ai cũng biết, trong khi yếu tố này có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn điện. Hiểu được điều này, ngay sau đây AME Group sẽ chia sẻ đến các bạn một số thông tin liên quan nhé.

  •  
     
    23/07/2024 | Tin chuyên ngành

    Cầu dao đảo chiều là gì? Đây là câu hỏi khá mới với nhiều người, tuy nhiên trên thực tế thiết bị này được sử dụng tương đối nhiều trong đời sống. Để có thể tìm hiểu chi tiết hơn về thiết bị này, mời các bạn cùng AME Group đi tìm hiểu chi tiết hơn trong bài viết dưới đây nhé.

  •  
     
    20/05/2024 | Tin chuyên ngành

    Hiện có nhiều thông tin chia sẻ về cách chọn Aptomat cho gia đình, tuy nhiên không phải thông tin nào cũng đầy đủ và hướng dẫn chi tiết. Hiểu được điều này, ngay sau đây AME Group sẽ chia sẻ đến bạn một số cách nhanh, đơn giản và hiệu quả nhất nhé.

  •  
     
    20/05/2024 | Tin chuyên ngành

    Điện trở sấy là gì? – Đây là một trong những từ khóa có lượt tìm kiếm nhiều liên quan đến ngành điện trên công cụ tìm kiếm của Google. Trên thực tế thiết bị điện này được sử dụng khá nhiều, nhưng không phải ai cũng hiểu về nó. Vậy thì hãy cùng AME Group tìm hiểu chi tiết hơn về thiết bị này trong bài viết dưới đây nhé.

  •  
     
    17/05/2024 | Tin chuyên ngành

    Aptomat là thiết bị có vai trò vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn khi sử dụng điện. Chọn aptomat cho bình nóng lạnh là vấn đề nhiều gia chủ quan tâm phòng tránh nguy cơ giật điện, cháy chập xảy ra khi đang sử dụng. AME Group sẽ chia sẻ chi tiết hướng dẫn cách tính và chọn aptomat phù hợp với thiết bị bình nóng lạnh trong công trình của bạn nhé!


  •  
     
    17/05/2024 | Tin chuyên ngành
    Chọn aptomat theo công suất thực tế của hệ thống điện lưới trong công trình của mình là thắc mắc của nhiều chủ đầu tư khi mua sắm các thiết bị điện cho công trình của mình. Vậy chọn aptomat như thế nào cho phù hợp với công suất? Có những lưu ý gì khi lựa chọn cầu dao điện? AME Group sẽ giải đáp toàn bộ các thắc mắc của bạn đọc trong bài viết sau.
  •  
     
    16/05/2024 | Tin chuyên ngành

    Cách chọn Aptomat 3 pha như thế nào cho phù hợp là điều rất quan trọng. Bởi nếu chọn lựa không phù hợp sẽ ảnh hưởng đến quá trình làm việc của thiết bị, cũng như tiêu tốn nhiều năng lượng điện hơn. Thậm chí còn tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn khác. Hiểu được điều này, ngay sau đây AME Group sẽ chia sẻ đến các bạn một số cách chọn đúng, phù hợp nhất. Chúng ta cùng theo dõi bài viết nhé.

  •  
     
    16/05/2024 | Tin chuyên ngành

    Mã lực là một đơn vị đo được sử dụng nhiều trong đời sống và sản xuất. Thế nhưng để hiểu rõ mã lực là gì? thì không phải ai cũng biết. Trong bài viết này, AME Group sẽ cùng bạn đi tìm hiểu chi tiết hơn về vấn đề này nhé.