Mục lục
- Nam châm điện là gì
- Lịch sử ra đời
- Cấu tạo nam châm điện
- Nguyên lý hoạt động
- Ứng dụng của nam châm điện
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
Ưu điểm của nam châm điện so với nam châm vĩnh cửu
- 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 ra đời 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 các thiết bị hiện đại sau này.
Sturgeon là người đầu tiên phát minh ra nam châm điện nhưng người đã cải tiến phát minh này là nhà vật lý Joseph Henry ông không những cải tiến lực hút của nam châm mà còn phát minh ra máy điện tín, máy điện thoại, 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 = 2Π.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 có thể khác nhau nhưng đều theo nguyên lý 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 bề mặt của cực nam châm điện sẽ được xác định 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)
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 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
Ứng dụng của nam châm điện
Sử dụng Nam châm điện 1800N SY-L180AQ kiểm soát ra vào bằng mật khẩu hoặc vân tay kiểm soát an ninh tuyệt đối
Nam châm điện dạng này có phiên bản nhỏ hơn Nam châm điện 600N SY-L60S thường thấy trong các phòng tập gym, kiểm soát ra vào khu vực an ninh tương đối
Dựa vào lực từ người ta đã làm các sản phẩm như Khóa chốt điện từ dùng để kiểm soát cửa ra vào hoặc chốt chặn trong thiết bị điện cơ khí
Người ta cũng chế tạo ra van điện từ (solenoid valve) một thiết bị chốt chặn dòng chảy của nước, đặc biệt được sử dụng trong các máy như máy pha cà phê, máy rót nước ngọt, kiểm soát lưu lượng nước trong hệ thống thủy canh, hệ thống tưới nhỏ giọt, hệ thống chiết rót trong nhà máy….
Nam châm điện được sử dụng trong hệ thống cơ khí của relay
Sử dụng trong hệ thống cơ khí của contactor
Sử dụng làm phanh hãm cho các động cơ điện
Trên đây là một vài ứng dụng tiêu biểu của nam châm điện ngoài ra chúng còn được sử dụng trong các thiết bị hiện đại và tinh vi hơn như Thẻ ATM, thẻ ghi nợ, trên màn hình 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 lý của nam châm điện người ta còn chế tạo ra động cơ điện
Ngoài ra nam châm điện còn được sử dụng trong các thiết bị âm thanh như Loa, Micro, Cảm biến âm thanh sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hàng không quân sự
