Nam châm điện là một loại nam châm sử dụng nguyên lý dòng điện chạy quay vật liệu dẫn điện tạo nên từ trường. Vây nam châm điện là gì, cấu tạo của nam châm điện và lịch sử ra đời của nam châm điện, hãy cùng Mecsu tìm hiểu trong bài viết này nhé!
Nam châm điện là một loại nam châm được tạo ra bằng cách sử dụng dòng điện chạy qua một vật liệu dẫn điện. Khi dòng điện chạy qua vật liệu dẫn điện, nó tạo ra một trường từ xung quanh vật liệu đó, tạo ra một hiện tượng gọi là hiệu ứng từ. Hiệu ứng từ này có thể tạo ra một trường từ mạnh và tương tác với các vật khác, tạo ra một nam châm điện.
Nam châm điện đầu tiên được khám phá bởi William Sturgeon, một nhà điện học người Anh, vào năm 1825. Ông sử dụng một lõi sắt non hình móng ngựa và cuốn dây điện quanh nó. Khi dòng điện chạy qua dây, lõi sắt trở nên từ và tạo ra một trường từ.
Trước đó, nam châm tự nhiên đã tồn tại từ thời cổ đại, với nam châm mạnh nhất được tìm thấy ở Magnesia, Thổ Nhĩ Kỳ, nơi chúng được gọi là "đá nam châm".
Sturgeon phát hiện rằng dòng điện tạo ra một trường điện từ, ảnh hưởng đến chất từ tính trong lõi sắt và tạo ra một nam châm. Phát minh này mở ra cánh cửa cho việc tạo ra nam châm mạnh hơn so với nam châm tự nhiên.
Sau đó, nhiều nhà khoa học như Michael Faraday tiếp tục nghiên cứu, và năm 1831, ông phát hiện cảm ứng điện từ, đánh dấu bước tiến quan trọng cho sự phát triển của nam châm điện hiện đại. Điều này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách nam châm điện được phát minh và phát triển từ thời xa xưa đến ngày nay.
Nam châm điện là một thiết bị tạo ra từ trường nhờ dòng điện chạy qua một cuộn dây. Cấu tạo của nam châm điện bao gồm các thành phần sau:
Cuộn dây dẫn: Cuộn dây dẫn là thành phần chính của nam châm điện. Nó được tạo thành bằng cách quấn một dây dẫn dẻo quanh một cốt hoặc một lõi từ. Dòng điện chạy qua cuộn dây này tạo ra trường từ xung quanh nam châm điện.
Cốt hoặc lõi từ: Cốt hoặc lõi từ được sử dụng như một nền tảng để quấn cuộn dây dẫn. Thông thường, cốt hoặc lõi từ được làm từ chất liệu từ tính như sắt, niken hoặc hợp kim từ. Chất liệu từ tính có khả năng hút và giữ các vật thể khác có từ tính.
Số vòng dây: Số vòng dây của cuộn dây ảnh hưởng đến độ mạnh của từ trường tạo ra. Số vòng dây càng nhiều thì từ trường càng mạnh.
Độ dày của dây dẫn: Độ dày của dây dẫn cũng ảnh hưởng đến độ mạnh của từ trường. Dây dẫn càng dày thì từ trường càng mạnh.
Đường kính của cuộn dây: Đường kính của cuộn dây ảnh hưởng đến độ tập trung của từ trường. Cuộn dây càng nhỏ thì từ trường càng tập trung.
Hướng dòng điện: Hướng dòng điện chạy qua cuộn dây cũng ảnh hưởng đến hướng của từ trường. Dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ tạo ra từ trường hướng lên, còn dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ tạo ra từ trường hướng xuống.
Công thức tính lực từ của nam châm điện: F = μ0 * I * N * L / 2 * r
Trong đó:
F là lực từ (N)
μ0 là hằng số từ hóa của không khí (4π * 10^-7 H/m)
I là cường độ dòng điện (A)
N là số vòng dây của cuộn dây
L là chiều dài của cuộn dây (m)
r là bán kính của cuộn dây (m)
Ví dụ: Một nam châm điện có cuộn dây có 100 vòng dây, đường kính 10 cm và chiều dài 5 cm. Nếu cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây là 10 A thì lực từ của nam châm điện sẽ là:
F = μ0 * I * N * L / 2 * r = (4π * 10^-7 H/m) * 10 A * 100 vòng dây * 0,05 m / 2 * 0,05 m = 1,25 N
Vậy, lực từ của nam châm điện là 1,25 N. Lực từ này đủ mạnh để nâng một vật có khối lượng khoảng 12,5 kg.
Nam châm điện hoạt động dựa trên việc tạo ra một từ trường từ dòng điện chạy qua cuộn dây dẫn. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó tạo ra một trường từ xung quanh cuộn dây. Trường từ này giống như một vùng không gian có sức mạnh từ tính.
Cuộn dây của nam châm điện thường được quấn quanh một lõi từ làm từ chất liệu từ tính như sắt. Lõi từ giúp tập trung từ trường và làm cho nam châm điện mạnh hơn.
Khi nam châm điện được kích hoạt bằng cách bật nguồn điện, dòng điện chạy qua cuộn dây và tạo ra từ trường. Từ trường này có thể tương tác với các vật liệu từ hoặc nam châm khác trong phạm vi tác động của nó. Cường độ và hướng của từ trường sẽ tác động lên các vật liệu từ, gây ra lực hút hoặc đẩy và tạo ra chuyển động.
Nam châm điện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:
Loa điện: Loa điện sử dụng nam châm điện để tạo ra âm thanh.
Máy phát điện: Máy phát điện sử dụng nam châm điện để tạo ra điện năng.
Động cơ điện: Động cơ điện sử dụng nam châm điện để tạo ra chuyển động.
Rơle: Rơle sử dụng nam châm điện để điều khiển các thiết bị điện.
Còi: Còi sử dụng nam châm điện để tạo ra âm thanh.
Máy quét MRI: Máy quét MRI sử dụng nam châm điện để tạo ra hình ảnh bên trong cơ thể người.
Cổng từ: Cổng từ sử dụng nam châm điện để phát hiện các vật thể kim loại.
Hy vọng từ bài viết trên có thể giúp anh em hiểu hơn về nam châm điện và nguyên lý hoạt động của nó, anh em có thắc mắc hay cần biết thêm gì thì hãy để lại bình luận ở bên dưới nhé!
Mời anh em tham khảo thêm:
(2022) Dòng điện xoay chiều là gì? Phân biệt dòng điện 1 & 3 pha
Lực hấp dẫn: Đặc điểm và tầm quan trọng với trọng lực (2023)
Cường độ dòng điện là gì? Đơn vị, ký hiệu & công thức tính (2023)
