Quy tắc cảm ứng của Faraday

Quy tắc cảm ứng Faraday là một nguyên lý nền tảng trong điện từ học, mô tả cách từ trường tác động lên một mạch điện để sinh ra sức điện động (EMF) - hiện tượng này được gọi là cảm ứng điện từ. Đây là cơ sở hoạt động của máy biến áp, cuộn cảm, động cơ điện, máy phát điện và nam châm điện.

Phương trình Maxwell-Faraday mở rộng quy tắc của Faraday và nằm trong số các phương trình Maxwell.

Tiến trình nghiên cứu lịch sử

Quy tắc cảm ứng này được phát hiện bởi nhà vật lý và hóa học người Anh Michael Faraday năm 1831, đồng thời Joseph Henry cũng nghiên cứu độc lập về hiện tượng này trong cùng thời gian.

Định luật Faraday

Khái niệm

Một cách phổ biến, định luật Faraday được diễn giải như sau:

Suất điện động cảm ứng trong một mạch kín bằng với dấu âm của sự thay đổi theo thời gian của từ thông xung quanh nó.

Formulas

Định luật cảm ứng Faraday mô tả mối quan hệ giữa sự thay đổi từ thông trong diện tích mặt cắt của một vòng kín và điện trường cảm ứng dọc theo vòng đó. Công thức tính toán như sau:

${\mathrm{\Phi <!--\; \Phi \; -->}}_B=\underset{\mathrm{\Sigma <!--\; \Sigma \; -->}\left(t\right)}{\iint <!--\; \iint \; -->}B(r,t)\cdot <!--\; \cdot \; -->dA,$

Trong đó, dA là phần diện tích bề mặt của cuộn dây, $\mathrm{\Sigma <!--\; \Sigma \; -->}\left(t\right)$, và B là từ trường (còn gọi là mật độ từ thông). Tích vô hướng của B·dA đại diện cho lượng từ thông qua vòng dây, tỷ lệ thuận với số lượng đường sức từ đi qua nó.

Dạng tích phân là:

${\oint <!--\; \oint \; -->}_{s}E\cdot <!--\; \cdot \; -->dl=-<!--\; -\; -->\frac{d{\mathrm{\Phi <!--\; \Phi \; -->}}_B}{dt}$

với E là trường điện cảm ứng, ds là một phần tử rất nhỏ của vòng kín và dΦ_B/dt là sự thay đổi từ thông.

Phương trình Maxwell–Faraday

Dạng vi phân, tính theo từ trường B:

$\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{\mathrm{\nabla <!--\; \nabla \; -->}}\times <!--\; \times \; -->E=-<!--\; -\; -->\frac{\mathrm{\partial <!--\; \partial \; -->}B}{\mathrm{\partial <!--\; \partial \; -->}t}$

Trong trường hợp của một cuộn cảm có N vòng quấn, công thức sẽ được điều chỉnh thành:

$V=-<!--\; -\; -->N\frac{\mathrm{\Delta <!--\; \Delta \; -->}\mathrm{\Phi <!--\; \Phi \; -->}}{\mathrm{\Delta <!--\; \Delta \; -->}t}$

với V là điện động cảm ứng và ΔΦ/Δt là sự thay đổi của từ thông Φ trong khoảng thời gian Δt.

Chiều của điện động cảm ứng (dấu trừ trong các công thức trên) phản ánh định luật Lenz.

Lịch sử

Định luật cảm ứng Faraday dựa trên các thí nghiệm của Michael Faraday vào năm 1831.

Định luật cơ bản được nêu như sau:

Điện động được tạo ra do cảm ứng khi từ trường xung quanh một dây dẫn thay đổi

suất điện động cảm ứng tỷ lệ với mức độ biến đổi của từ thông qua mạch điện.

• Hiện tượng cảm ứng điện từ.