I. DÒNG ĐIỆN FOUCAULT

Dòng điện Foucault

Những khối kim loại chuyển động trong một từ trường, hoặc được đặt trong từ trường biến thiên theo thời gian. Những dòng điện cảm ứng này được gọi là dòng điện Fu-cô (do nhà vật lí Foucault, người Pháp, phát hiện).


/

Thí nghiệm

Đặt tấm kim loại K (đồng hoặc nhôm) giữa hai cực của nam châm điện ta thấy nó có thể dao động tự do. Nhưng khi cho dòng điện chạy vào nam châm, ta lại thấy tấm kim loại chỉ dao động trong khoảng thời gian ngắn rồi dừng lại. Hơn nữa tấm kim loại này còn bị nóng lên.

Giải thích

Khi tấm kim loại dao động, nó cắt các đường sức từ của nam châm. Do đó, trong tấm kim loại có xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng trong tấm kim loại có tác dụng ngăn chặn sự chuyển động của chính tấm kim loại đó.Vì vậy, tấm kim loại dừng lại nhanh chóng, do trên tấm kim loại xuất hiện lực từ có tác dụng cản trở chuyển động của nó ; lực từ này được gọi là lực hãm điện từ.

Đặt tính chung của dòng điệm Fu-cô là tính chất xoáy. Nói cách khác, các đường dòng của dòng điện Fu-cô là các đường cong kín trong khối vật dẫn. Nếu trong thí nghiệm trên, ta thấy tấm kim loại liền khối K bằng tấm kim loại có rãnh xẻ ta thấy tấm kim loại dao động lâu hơn, vì khi đó, điện trở của tấm kim loại đối với dòng điện Fu-cô tăng, làm cho cường độ dòng điện Fu-cô giảm, lực hãm điện từ giảm đi.

Tác dụng của dòng điện Fu-cô

Trong một số trường hợp, dòng điện Fu-cô là cần thiết và có ích, nhưng trong một số trường hợp khác, dòng điện Fu-cô lại có hại.

Một vài ứng dụng của dòng điện Fu-cô

Do tác dụng của dòng diện Fu-cô, mọi khối kim lọai chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của những lực hãm điện từ. Tính chất này được ứng dụng trong các bộ phanh điện từ của những ôtô có trọng tải lớn, công tơ điện.

Công tơ điện thực chất là một động cơ điện nhỏ, rôto của nó là một chiếc đĩa bằng đồng hay nhôm, một phần đĩa nằm trong khoảng giữa hai cực một nam châm vĩnh cửu, nên hình chửU. Do cách cấu tạo của công tơ (đến thiết bị tiêu thụ) nó sẽ gây ra momen quay làm quay đĩa. Vì đĩa quay trong từ trường của nam châm vĩnh cửu, nên trong đĩa xuất hiện dòng điện Fu-cô. Theo định luật Len-xơ, dòng điện Fu-cô gây ra momen cản. Sau một khoảng thời gian ngắn, momen cản cân bằng momen quay, từ lúc đó đĩa quay đều. khi ngắt dòng điện, đĩa vẫn có xu hướng tiếp tục quay vì quán tính ; nhưng dòng điện Fu-cô trong đĩa lúc đó có tác dụng hãm đĩa lại. Do đó, sau khi ngắt dòng điện, đĩa cũng dừng lại rất nhanh. Rõ ràng là, số vòng quay của đĩa tỉ lệ với điện năng tiêu thụ ; vì vậy có thể dùng thiết bị này để đo điện năng đã dùng.

Dòng điện Fu-cô cũng gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun - Len-xơ : Khối kim loại chuyển động trong từ trường hoặc đặt trong từ trường biến thiên sẽ nóng lên.

Tác dụng nhiệt của dòng điện Fu-cô được ứng dụng trong các lò điện cảm ứng để nấu chảy kim loại. Kim loại được cho vào trong lò ; lò được đặt bên trong ống dây điện. Khi có dòng điện xoay chiều chạy trong ống dây, thì Fu-cô và dòng này làm nóng chảy khối kim loại.

Một vài ví dụ về trường hợp dòng điện Fu-cô có hại

Một số bộ phận trong nhiều thiết bị điện (chẳng hạn rôto hay stato của động cơ điện, hay máy phát điện, máy biến áp) có cấu tạo dưới dạng một lõi sắt đặt trong một cuộn dây có dòng điện xoay chiều chạy qua. Lõi sắt này có tác dụng tăng cường từ trường. Dòng điện trong ống dây biến đổi theo thời gian, nên trong lõi sắt xuất hiện dòng điện Fu-cô. Sự xuất hiện dòng điện Fu-cô trong trường hợp này là có hại. Thứ nhất nhiệt tỏa ra do dòng điện Fu-cô sẽ làm cho lõi sắt bị nóng có hể làm hỏng máy. Thứ hai dòng Fu-cô luôn luôn có xu hướng chống lại nguyên nhân đã gây ra nó. Trong trường hợp động cơ điện, nó chống lại sự quay của động cơ. Do đó, nó làm giảm công suất của động cơ.

Để giảm tác dụng có hại của dòng điện Fu-cô, trong máy biến áp chẳng