Dòng Điện Fuco là gì ? Tác hại và ứng dụng

80
Dòng điện Fuco là gì

Tôi là Quân kĩ sư diennuockhanhtrung.com với hơn 9 năm chuyên ngành điện, bằng những kiến thức và hiểu biết hôm nay mình sẻ giúp bạn tìm hiểu dòng điện Fuco là gì ? Tính chất và ứng dụng trong đời sống

Khái niệm dòng điện Fuco

Dòng điện Fuco hay còn gọi là Foucault dòng điện xoáy cảm ứng được sinh ra khi ta đặt một vật dẫn điện chuyển động cắt ngang từ trường hay vật dẫn được đặt vào một từ trường biến đổi theo thời gian

Tính chất dòng điện Fuco

Dòng điện Fuco có tính chất xoáy và lực Lorentz là yếu tố sinh ra dòng điện Fuco, khi các hạt tính điện Electron chuyển động tự do trong các vật dẫn trong từ trường sẻ chịu tác động của lực Lorentz do từ trường gây ra sẻ làm lệch quỹ đạo chuyển động

Như thế có nghĩa là các hạt tích điện cũng chuyển động tương đối cùng với vật dẫn tạo ra từ trường xoáy chính là dòng điện Fuco. Nhưng dòng điện này bị cản lại bởi điện trở của vật dẫn nên sản sinh ra nhiệt năng làm nóng vật dẫn điện. Dưới định luật bảo toàn năng lượng thì động năng của vật dẫn hóa thành nhiệt năng làm cho vật dẫn nóng lên

Cách tính dòng điện Fuco

Xét trong trường hợp một vòng dây dẫn điện đặt trong từ trường. Hiệu điện thế được sinh ra tỷ lệ với biến thiên từ thông dọc theo vòng dây, , theo tích phân của định luật cảm ứng Faraday:

Dòng điện sinh ra trong dây dẫn điện là dòng điện Fuco, nếu theo định luật Ohm thì tỷ lệ nghịch với điện trở R của dây:

Khi cường độ từ trường đồng nhất, B, bao phủ tiết diện cắt ngang của vòng dây dẫn, S, thì từ thông  là:

Nếu như tiết diện S của vòng dây không thay đổi, thì công thưc tính biến thiên từ thông.

Dòng điện Fuco có công thức là


Còn nếu như từ trường biến đổi:  dẫn đến  . Ta sẽ có công thức tính dòng điện Fuco như sau:

Tác hại dòng điện Fuco

Hiện nay trong các máy biến thiến và động cơ điện, lõi sắt cửa chúng năng trong từ trường biến đổi, trong lõi có các dòng điện Fuco xuất hiện, do hiệu ứng Joule-lenz nên năng lượng dòng điện Fuco sẻ chuyển hóa thành nhiệt năng làm nóng máy và một phần nữa là gây hao phí làm giảm hiệu suất hoạt động của máy

Để hạn chế tình trạng này nhiều người phải hạ dòng điện Fuco xuống băng cách tăng điện trở của lõi, người ta không dùng cả khối sắt lớn làm lõi mà dùng nhiều lá sắt mỏng được sơn cách điện rồi ghép vào nhau sao cho các lát cắt song song với chiều của từ trường

Khi đó dòng điện Fuco chỉ chạy trong từng lá mỏng, vì từng lá đơn lẻ sẻ có kích thước nhỏ do đó điện trở lớn nên cường độ dòng điện Fuco sẻ bị giảm nhiều so với dòng điện Fuco trong một khối sắt lớn và khi đó năng lượng điện hao phí cũng giảm đi đáng kể

Đây là lý do tại sao các máy biến thế truyền thống thường dùng các lõi tôn silic được cán mỏng bởi chung có điện trở sẻ làm giảm phao phí dòng điện Fuco. Trong các kĩ thuật cao tầng và siêu cao tầng nhiều người bắt buộc phải sử dụng lõi dẫn từ là các vật liệu gốm có điện trở suất cao làm tổn hao Fuco được giảm thiểu

Lợi ích dòng điện Fuco

Ngoài những tác hại trên thì dong điện Fuco có những mặt lợi ích như sau:

Đệm từ trường

Với ứng dụng trong từ trường là tạo dòng Fuco làm giảm lực rơi của vật khi rơi xuống bởi trọng lực có từ thông qua nó. Nếu vật làm bằng chất siêu đẫn có điện trở bằng 0 thì hiệu quả tạo ra dòng điện Fuco cực nhiều cho phép tạo ra đệm từ trường nâng vật cân bằng trên không trung

Đệm từ trường được ứng dụng để nâng tàu cao tốc, giảm ma sát và tăng tộc độ vận chuyển của tàu

Luyện kim

Dòng điện Fuco được ứng dụng cho các lò điện cảm ứng, đặc biệt phù hợp với nấu chảy kim loại trong chân không để tránh tác dụng hóa học của không khí xung quanh

Người ta thường đặt kim loại vào trong lò rồi rút không khí bên trong ra, xung quanh lò được quấn dây điện, cho dòng điện xoay chiều có tầng số chay qua cuộn dây khi đó nó sẻ tạo ra từ trường biến đổi nhanh làm xuất hiện dòng điện Fuco cực mạnh và tỏa nhiệt cực cao đủ để làm nóng chảy các vật thể kim loại

ung-dung-luyen-kim
Ung dung luyen kim

Bếp từ

Bếp từ cũng hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tự, khi khởi động nguồn điện thì Fuco bắt đầu hình thành, từ đáy nồi bằng kim loại nằm trong từ trường sẻ nóng lên giúp nấu chín thức ăn

bep-tu
Ung dung san xuat bep tu

Đồng hồ đo điện

Một số loại đồng hồ điện hiện nay cũng được sản xuất hoạt động dựa trên dòng điện Fuco, người ta gắng vào một đầu của kim một đĩa kim loại nhỏ bằng nhôm, đặt đĩa này nằm trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu

Cách đọc chỉ số đồng hồ công tơ điện

Khi kim chuyển động, đĩa kim loại cũng chuyển động theo, từ thông qua đĩa thay đổi làm xuất hiện trong đĩa những dòng Fuco. Dựa vào định luật Lenz thì dòng điện Fuco tương tác với nam châm gây ra lực chống lại sự chuyển động của đĩa, kết quả là dao động của kim bị tắt đi nhanh chóng

Máy phát điện

Một trong những ứng dụng của dòng điện Fuco nữa là dùng để làm máy phát điện, khi dòng điện chạy trong kim loại nó sẻ dần chuyển động điện năng thành vật dẫn năng lượng của dòng điện, khi đó bạn có thể sử dụng để làm máy phát điện

Ngoài ra, dòng điện Fuco còn được ứng dụng trong ngành y tế, dùng để dò kim loại và sản xuất Microphone