Tự cảm là hiện tượng thú vị xuất hiện trong mạch điện khi có dòng điện chạy qua. Nó cũng có thể xảy ra khi mạch được mở hoặc đóng. Hiện tượng này đã được nghiên cứu từ lâu và đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực điện từ học. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá thêm về hiện tượng tự cảm và những ứng dụng của nó.
Thí nghiệm về tự cảm
Trong thí nghiệm của ông Faraday, dòng điện cảm ứng xuất hiện do sự biến đổi từ thông qua diện tích của mạch. Thông qua các thí nghiệm này, ta đã hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa từ trường và dòng điện. Nếu chúng ta thay đổi cường độ dòng điện trong mạch, dòng điện cảm ứng cũng sẽ xuất hiện, bổ sung cho dòng điện chính của mạch. Hiện tượng này được gọi là dòng điện tự cảm.
Suất điện động tự cảm và hệ số tự cảm
Suất điện động gây ra dòng điện tự cảm được gọi là suất điện động tự cảm. Công thức của suất điện động tự cảm là: ξ t c = − d ϕ m d t. Trong công thức này, ϕ là từ thông do dòng điện trong mạch gửi qua diện tích của mạch. Từ thông ϕ m tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện I theo công thức: ϕ m = L . I. Trong các mạch điện đứng yên và không thay đổi hình dạng, suất điện động tự cảm luôn tỉ lệ thuận, nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch. Điều này cho thấy tự cảm luôn có tác dụng chống lại sự biến đổi của cường độ dòng điện trong mạch.
Hiệu ứng bề mặt
Hiện tượng tự cảm không chỉ xảy ra trong mạch điện mà còn trong lòng một dây dẫn khi có dòng điện chạy qua. Khi cho dòng điện cao tần chạy qua một dây dẫn, hiện tượng tự cảm sẽ khiến dòng điện chạy chủ yếu ở lớp bề mặt. Điều này đã được chứng minh thông qua thí nghiệm và lý thuyết. Hiệu ứng ngoài da, như được gọi, làm cho các chi tiết máy trở nên cứng và chắc chắn ở bề mặt, trong khi bên trong vẫn là mềm dẻo. Một ứng dụng quan trọng khác của hiệu ứng ngoài da là tôi kim loại lớp bề mặt của các chi tiết máy.
Dòng điện tự cảm khi ngắt mạch
Khi mở cầu dao của một mạch điện chứa động cơ điện, chúng ta thường thấy sự hình thành hồ quang điện giữa hai cực của cầu dao. Nguyên nhân của hiện tượng này là do khi ngắt mạch, dòng điện giảm đột ngột và tạo ra dòng điện tự cảm lớn. Điều này có thể gây nguy hiểm cho hệ thống điện. Để khử hồ quang điện, người ta thường sử dụng dầu hoặc khí phụt để dập tắt hồ quang.
Trên đây là những điều cơ bản về hiện tượng tự cảm trong điện từ học. Hiện tượng này không chỉ thú vị mà còn có nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày. Hy vọng bài viết đã cung cấp cho bạn kiến thức mới và quan tâm đến lĩnh vực này.
Ảnh:
Chú thích: Hiệu ứng da
