Máy tính suất điện động theo định luật Faraday là gì?
Công cụ này tính suất điện động cảm ứng (EMF) sinh ra trong một cuộn dây dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday. Khi từ thông xuyên qua cuộn dây thay đổi theo thời gian, một hiệu điện thế sẽ xuất hiện giữa hai đầu cuộn dây. Từ thông biến thiên càng nhanh và cuộn dây càng nhiều vòng thì suất điện động cảm ứng càng lớn. Đây là một công cụ vật lý mang tính phổ quát — áp dụng được ở mọi quốc gia và sử dụng hệ đơn vị SI.
Cách sử dụng
Bạn chỉ cần nhập ba giá trị: số vòng dây của cuộn (N), độ biến thiên từ thông \(\Delta\Phi\) tính bằng vêbe (Wb), và khoảng thời gian \(\Delta t\) tính bằng giây mà sự biến thiên đó diễn ra. Máy tính sẽ trả về suất điện động cảm ứng (tính bằng vôn), độ lớn của nó, cùng tốc độ biến thiên của từ thông. Dấu âm phản ánh định luật Lenz: suất điện động cảm ứng luôn chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó.
Giải thích công thức
Công thức chủ đạo là $$\varepsilon = -\,\text{N} \cdot \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$ Trong đó, \(N\) là đại lượng không thứ nguyên (số vòng dây), \(\Delta\Phi\) đo bằng vêbe, còn \(\Delta t\) đo bằng giây. Lấy độ biến thiên từ thông chia cho thời gian ta được tốc độ biến thiên đơn vị Wb/s — về mặt số học bằng với vôn trên mỗi vòng dây. Nhân với \(N\) (kèm dấu âm) sẽ cho ra tổng hiệu điện thế cảm ứng. Bản thân từ thông được xác định bởi \(\Phi = B \cdot A \cdot \cos\theta\), nên việc thay đổi cường độ từ trường \(B\), diện tích vòng dây \(A\), hay góc định hướng \(\theta\) đều làm thay đổi từ thông và đều có thể sinh ra suất điện động.
Ví dụ minh họa
Một cuộn dây 100 vòng chịu độ biến thiên từ thông 0,5 Wb trong 0,1 giây. Tốc độ biến thiên là $$\frac{0{,}5}{0{,}1} = 5 \ \text{Wb/s}$$ Suất điện động cảm ứng bằng $$-100 \times 5 = -500 \ \text{V}$$ với độ lớn là 500 V. Dấu âm chỉ thể hiện chiều (sự chống lại biến thiên), vậy cuộn dây tạo ra 500 vôn.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao kết quả lại âm? Dấu trừ xuất phát từ định luật Lenz — suất điện động cảm ứng có xu hướng chống lại sự biến thiên từ thông. Độ lớn mới cho biết giá trị hiệu điện thế thực tế.
Đơn vị của từ thông là gì? Đó là vêbe (Wb), bằng một tesla nhân một mét vuông (\(\text{T}\cdot\text{m}^2\)) hay một vôn-giây.
Nếu từ thông không đổi thì sao? Nếu \(\Delta\Phi\) bằng không, sẽ không có suất điện động nào được sinh ra. Muốn có hiện tượng cảm ứng thì từ thông buộc phải biến thiên.
