Dòng điện Fuco là gì

Dòng điện Fuco là gì? Đây là dòng điện mà chúng ta thường bắt gặp thường xuyên trong cuộc sống hằng ngày nhưng ít ai biết và hiểu rõ về dòng điện cũng như lợi ích, tác hại của nó đối với máy móc thiết bị. Hôm nay chúng tôi sẽ cung cấp những thông tin này trong bài viết dưới đây.

Định nghĩa dòng điện Fuco

Dòng điện Fuco hay fu-co trong tiếng anh là Foucalt, tên của dòng điện này được đặt theo tên của nhà khoa học tìm ra nó và ông chính là một người Pháp có tên Léon Foucault (1819-1868).

Dòng điện Fuco có thể hiểu là sự phát sinh dòng điện bên trong chất liệu dẫn điện khi đặt nó trong vùng từ trường biến đổi đều và dòng này được sinh ra để phản kháng lại tác dụng lực của từ trường này.

Cách tính dòng điện Fuco

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

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

Khi mức cường độ từ trường không biến thiên, B là bao phủ tiết diện cắt ngang của dây dẫn, S, thì có có từ thông được tính là:

Nếu như tiết diện S của dây dẫn không biến đổi, thì công thưc tính độ biến thiên từ thông là

Dòng điện Fuco có công thức là

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

Các lợi ích của dòng điện Fuco

Dòng Foucault được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực. Ví dụ như: luyện kim, tàu cao tốc, hệ thống phanh từ... Dưới đây là những ứng dụng trong thực tiễn của nó

• Tàu cao tốc: Đặt một vật dẫn trong một từ trường tăng dần đều, khi vật rơi sẽ chịu tác dụng trọng lực từ đó sẽ có từ thông qua nó tăng lên, tạo ra dòng Foucault phản kháng lại lực rơi này. Nếu vật được làm từ chất liệu siêu dẫn, có mức điện trở gần như bằng không là điều kiệu hoàn hảo để tạo ra dòng điện Foucault gọi là hiệu ứng Meissner sẽ sinh ra lực điện đủ lớn để triệt tiêu hoàn toàn tác động của trọng lực, cho phép tạo ra đệm từ trường, nâng vật nằm cân bằng trên không. Đệm từ thường được dùng để nâng tàu cao tốc, giảm ma sát, tăng tốc độ của tàu.
• Ngành luyện kim: Được ứng dụng trong các lò điện, phù hợp với việc nấu chảy kim loại trong môi trường chân không để giảm thiểu tác dụng hóa học của môi trường xung quanh. Người ta cho kim loại vào trong lò và rút hết không khí bên trong lò ra ngoài. Xung quanh lò quấn dây điện và cho một dòng điện xoay chiều có tần số cao chạy qua cuộn dây dẫn. Dòng điện sẽ tạo ra một môi trường từ trường biến đổi đều với tần số caotao5 ra dòng điện Foucault mạnh và tỏa ra nhiệt lượng rất lớn để nấu chảy kim loại. Cuộn dây cho dòng cao tần chạy qua là loại dây có dạng các ống rỗng, bên trong sử dụng dung dịch làm mát, thường là ước ở bên.
• Bếp từ: Bếp từ sử dụng trong cuộc sống thường ngày cũng sử dụng nguyên lý tương tự. Bếp này tạo ra một môi trường từ trường gần bền mặt, một từ trường biến đổi. Nồi làm bằng kim loại nằm trong từ trường nên sẽ nóng lên. Điểm mạnh của loại bếp này là tốc độ nấu nhanh hơn, do giảm được nhiệt dung (không còn nhiệt dung của bếp, chỉ có nhiệt dung của nồi). Việc điều chỉnh mức nhiệt phù hợp các chế độ nấu cũng trở nên dễ dàng.
• Đồng hồ điện: Người ta ứng dụng dòng điện Foucault để tắt nhanh các dao động của kim đồng hồ. Người ta tạo cho một đầu của kim một đĩa kim loại nhỏ bằng kim loại sau đó đặt kim này trong môi trường từ trường, thường là dùng một nam châm vĩnh cửu. Khi kim đồng hồ chuyển động, đĩa cũng sẽ chuyển động theo xuất hiện dòng điện Foucault.Dòng điện Foucault lúc này tương tác với từ trường của nam châm chống lại sự chuyển động của kim làm cho chuyển động của kim bị tắt nhanh chóng.
• Hệ thống phanh (thiết bị giảm tốc): Những loại phanh theo nguyên lý được dùng làm phanh hãm cho xe tải, cần trục máy, tàu cao tốc... Các bánh xe đều có đĩa kim loại. Ích lợi là phanh không bao giờ bị hao mòn, tiết kiệm nhiều chi phí bảo dưỡng và giúp giảm tốc cũng nhanh chóng và được thực hiện chính xác hơn phanh thông thường.
• Trong lĩnh vực y tế: Sử dụng dòng điện Foucault để xác định bệnh thiếu máu cơ tim
• Nguyên lý phát điện: Dòng điện Fuco chạy trong kim loại sẽ được chuyển hóa động năng thành năng lượng điện nên cũng được ứng dụng để chế tạo máy phát điện.
• Âm thanh và truyền âm: Tương tự nguyên lý hoạt động của máy phát điện, năng lượng từ sự rung động âm thanh cũng được chuyển hóa thành dòng điện, mang theo thông tin của âm thanh, dùng cho các thiết bị microphone.
• Kiểm tra lỗi trong kim loại: Dòng điện Foucault còn được dùng để thăm dò chất lượng các sản phẩm kim loại, như máy móc.

Tác hại

• Sinh ra nhiệt và gây hao hụt năng lượng là vấn đề quan trọng nhất. Trong các máy biến thế, biến áp dòng điện Fu-co sẽ sinh ra nhiệt trong cá lá thép dùng làm trụ.
• Ngày nay để giảm thiểu tác hại này người ta phải giảm dòng Fu-co xuống. Muốn vậy, người ta tăng điện trở của các lá lõi trụ. Người ta chia khối sắt lớn làm các lõi sắt mỏng được sơn một lớp cách điện và ghép lại với nhau.Các lá sắt được sắp xếp một cách song song với chiều của từ trường khiến dòng điện Fu-co chỉ có thể  chạy trong các lá sắt mỏng. Do các lá sắt đơn lẻ có kích thước mỏng làm cho điện trở tăng, nên cường độ dòng điện Fu-co trong các lá  sắt đó bị thấp hơn nhiều so với cường độ dòng Fu-co trong cả một khối lớn, làm giảm lượng năng lượng điện bị hao trong quá trình vậy hành. Nên ta hay bắt gặp lõi của các máy biến áp truyền thống thường là các lá thép silic được cán mỏng bởi chúng có điện trở suất lớn sẽ làm giảm mức hao tổn do dòng Fu-co gây ra. Ngày nay các lõi biến thế thường được  sử dụng được làm từ các vật liệu từ mềm và hợp kim nano có điện trở suất rất cao. Trong lĩnh vực kỹ thuật cao và siêu cao tần bắt buộc phải sử dụng lõi được làm từ vật liệu gốm ferit có điện trở suất rất cao giúp làm giảm tổn hao do dòng điện Fu-co gây ra.

Như vậy là chúng tôi đã cung cấp khái quát những thông tin cần thiết để trả lời cho câu hỏi Dòng điện Fuco là gì, hy vọng qua bài viết này bạn đã hiểu thêm về một dòng điện vô cùng đặc biệt và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống.