Nam châm điện là gì, ứng dụng của nam châm điện

Mục lục

Nam châm điện là gì ?

Nam châm điện là một dụng cụ tạo từ trường hay là một nguồn phát từ trường, sinh ra bởi dòng điện lớn chạy quanh cuộn dây

• Có thể thay đổi được độ mạnh yếu của nam châm bằng cách thay đổi số vòng dây hoặc thay đổi cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây
• Có thể tạo từ trường mạnh hơn nam châm vĩnh cửu
• Có thể ngắt hoàn toàn từ tính của nam châm bằng cách ngắt điện

Lịch sử ra đời

Nam châm điện sinh ra cách đây gần 200 năm bởi nhà khoa học William Sturgeon ( 1783 – 1850 ) vào năm 1825. Nam châm điện của Sturgeon là một lõi sắt non hình móng ngựa có vòng dây điện quấn quanh khi cho dòng điện sinh ra bởi pin nhỏ chạy qua lõi sắt bị từ hóa và cảm ứng từ sinh ra đủ mạnh để hút hộp sắt nặng 7 ounce ( ~ 200 gram ). Phát minh của Sturgeon là nền tảng sơ khai cho những thiết bị tân tiến sau này .
nam châm điện của SturgeonSturgeon là người tiên phong ý tưởng ra nam châm điện nhưng người đã nâng cấp cải tiến ý tưởng này là nhà vật lý Joseph Henry ông không những nâng cấp cải tiến lực hút của nam châm mà còn ý tưởng ra máy điện tín, máy điện thoại cảm ứng, động cơ điện

Cấu tạo của nam châm điện

Gồm cuộn dây dẫn và lõi sắt non

Cuộn dây

Một dây dẫn điện với vòng quấn 

L = μN2 (l/A)

l : chu vi vòng tròn = 2 Π. r
Nam châm điện gồm hai phần là cuộn dây tạo từ trường và lõi dẫn ( khuếch đại ) từ. Chi tiết của từng loại nam châm điện hoàn toàn có thể khác nhau nhưng đều theo nguyên tắc chung này .

Cuộn dây tạo từ trường

Thông thường, cuộn dây là cuộn “ solenoid ” được cuốn nhiều vòng dây đều nhau. Cường độ từ trường sinh ra trong ống dây được tính theo công thức :

Với

 lần lượt là số vòng dây, chiều dài cuộn dây và cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây.

Lõi dẫn từ

Lõi dẫn từ của nam châm điện là các vật liệu từ mềm và thông thường chúng phải thỏa mãn các yêu cầu:

• Có độ từ thẩm lớn
• Cảm ứng từ bão hòa cao (để không giới hạn dải hoạt động của nam châm.
• Có tổn hao trễ nhỏ ( lực kháng từ nhỏ) để không làm trễ quá trình thay đổi từ trường của nam châm.

Khi có lõi dẫn từ, cảm ứng từ sinh ra tại mặt phẳng của cực nam châm điện sẽ được xác lập theo công thức

Với là độ từ thẩm của chân không và độ từ thẩm tỉ đối của vật liệu dùng làm lõi dẫn từ.

Cách tăng lực từ của nam châm điện

• Tăng dòng điện chạy qua cuộn dây (I)
• Tăng số vòng quấn lên lõi sắt từ (n)

cách tăng lực từ cho nam châm

Nguyên lý hoạt động của nam châm điện

Khi mắc một cuộn dây với nhiều vòng quấn vào nguồn điện, dòng điện sản sinh ra một điện trường E trong các vòng quấn. Khi dòng điện chạy qua các vòng quấn biến đổi của điện trường trong các vòng quấn sinh ra một từ trường B vuông góc với điện trường E. Từ trường của một nam châm điện giống như từ trường của một nam châm vĩnh cửu có nghĩa là có thể hút hoặc đẩy các vật liệu từ

Khi ngắt dòng điện thì từ trường này biến mất, vậy chỉ khi có dòng điện thì cuộn dây mới trở thanh một nam châm điện
Từ trường của cuộn dây tùy thuộc vào số từ cảm cuộn dây và dòng điện trong cuộn dây. Từ cảm cuộn dây tỉ lệ thuận với chiều dài, số vòng quấn và tỉ lệ nghịch với diện tích quy hoạnh của cuộn dây đó

Khi đặt lõi sắt hoặc lõi thép vào trong một ống dây và cho dòng điện chạy qua ống dây, lõi sắt hoặc lõi thép bị nhiễm từ trở thành một nam châm và làm tăng tác dụng từ của ống dây

Nguyên lý hoạt động của nam châm điện từ

Ứng dụng của nam châm điện

Sử dụng Nam châm điện 1800N SY-L180AQ trấn áp ra vào bằng mật khẩu hoặc vân tay trấn áp bảo mật an ninh tuyệt đối
khóa cửa dùng nam châm điệnNam châm điện dạng này có phiên bản nhỏ hơn Nam châm điện 600N SY-L60S thường thấy trong những phòng tập gym, trấn áp ra vào khu vực bảo mật an ninh tương đối
Nam châm điện 600N SY-L60S ( Khóa nam châm )
Dựa vào lực từ người ta đã làm những loại sản phẩm như Khóa chốt điện từ dùng để trấn áp cửa ra vào hoặc chốt chặn trong thiết bị điện cơ khí
ứng dụng của nam châm điện làm khóa chốt điện tửNgười ta cũng sản xuất ra van điện từ ( solenoid valve ) một thiết bị chốt chặn dòng chảy của nước, đặc biệt quan trọng được sử dụng trong những máy như máy pha cafe, máy rót nước ngọt, trấn áp lưu lượng nước trong mạng lưới hệ thống thủy canh, mạng lưới hệ thống tưới nhỏ giọt, mạng lưới hệ thống chiết rót trong nhà máy sản xuất … .
Van điện từ sử dụng trong hệ thống chiết rót
Nam châm điện được sử dụng trong mạng lưới hệ thống cơ khí của relay
sử dụng làm cuộn hút trong relaySử dụng trong mạng lưới hệ thống cơ khí của contactor
sử dụng trong cuộn hút của contactorSử dụng làm phanh hãm cho những động cơ điện
Phanh hãm động cơTrên đây là một vài ứng dụng tiêu biểu vượt trội của nam châm điện ngoài những chúng còn được sử dụng trong những thiết bị tân tiến và phức tạp hơn như Thẻ ATM, thẻ ghi nợ, trên màn hình hiển thị TV hay latop cũ thường có một tia âm cực, tia này chứa nam châm điện từ giúp hướng dẫn điện tử

Trong y học người ta sử dụng hình ảnh được chụp từ cộng hưởng từ để nghiên cứu chữa trị cho bệnh nhân

Từ nguyên tắc của nam châm điện người ta còn sản xuất ra động cơ điện
Ngoài ra nam châm điện còn được sử dụng trong những thiết bị âm thanh như Loa, Micro, Cảm biến âm thanh sử dụng thoáng đãng trong những nghành hàng không quân sự