Từ trường là gì? Để trả lời được câu hỏi sau thì trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về định nghĩa, đơn vị, đo lường, tính chất cũng như những mối liên hệ xung quanh từ trường.
1. Từ trường là gì?
Từ trường là một loại trường vật lý bao quanh các hạt mang điện tích chuyển động hoặc các nam châm. Từ trường có thể tác động lên các vật có từ tính đặt trong nó bằng cách tạo ra lực từ.
Từ trường có thể được biểu diễn bằng các đường sức từ, là những đường cong kín hoặc thẳng không cắt nhau. Chiều của đường sức từ được quy ước là chiều đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam của nam châm.
Từ trường có nhiều nguồn gốc khác nhau như: từ trường Trái Đất, từ trường của nam châm vĩnh cửu, từ trường của dòng điện, từ trường do điện trường biến thiên sinh ra,…
Từ trường có nhiều ứng dụng trong cuộc sống hiện đại, như trong y học, công nghệ, vật lý trị liệu, nông nghiệp, khám phá vũ trụ, …
2. Ký hiệu, đơn vị, công thức tính từ trường
Ký hiệu
Ký hiệu của từ trường là B (một số tài liệu cũng dùng H), là một vectơ có độ lớn và hướng biểu diễn cường độ và hướng của từ trường tại một điểm.
Đơn vị
Đơn vị của từ trường trong hệ SI là tesla (T), tương đương với N/A.m hoặc Wb/m². Một tesla là cảm ứng từ tại một điểm trong không khí khi một dây dẫn dài 1 m, mang dòng điện 1 A, đặt vuông góc với từ trường, bị tác dụng bởi một lực 1 N.
Công thức
Công thức tính từ trường phụ thuộc vào dạng hình học của dây dẫn mang dòng điện. Dưới đây là một số công thức cơ bản.
Từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài có độ lớn:
B = 2.10-7.I/r (T)
- I là cường độ dòng điện (A).
- r là khoảng cách từ dây dẫn đến điểm xét (m).
Từ trường của dòng điện trong khung dây tròn có độ lớn:
B = 2π.10-7.I/R (T)
- I là cường độ dòng điện qua mỗi vòng dây (A)
- R là bán kính khung dây (m). Nếu khung dây tròn có N vòng dây sát nhau thì B = 2π.10-7.N.I/R (T).
Từ trường của dòng điện trong ống dây hình trụ có độ lớn:
B = 4 π.10-7.I/l (T)
- I là cường độ dòng điện qua mỗi vòng dây (A).
- l là chiều dài ống dây (m). Nếu ống dây có n vòng dây trên một mét chiều dài thì B = 4 π.10-7.n.I (T).
3. Tính chất của từ trường
Tính chất của từ trường là:
- Từ trường có thể tạo ra lực từ tác dụng lên các vật có từ tính hoặc các điện tích chuyển động đặt trong nó.
- Từ trường có thể được biểu diễn bằng các đường sức từ, là những đường cong kín hoặc thẳng không cắt nhau. Chiều của đường sức từ được quy ước là chiều đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam của nam châm.
- Từ trường có thể được tạo ra bởi các nam châm, các dòng điện hoặc các điện trường biến đổi. Từ trường cũng có thể chứa năng lượng và bị biến đổi theo thời gian.
- Từ trường có thể được phân loại thành từ trường đều, từ trường xoáy, từ trường Trái Đất, … Từ trường đều là từ trường có cảm ứng từ giống nhau tại mọi điểm và các đường sức từ song song và cách đều nhau. Từ trường xoáy là từ trường do nam châm vĩnh cửu đứng yên sinh ra. Từ trường Trái Đất là từ trường do tính chất từ của các vật chất trên Trái Đất sinh ra.
- Từ trường có liên quan mật thiết với điện trường trong lĩnh vực điện từ học. Điện trường và từ trường là hai khía cạnh của cùng một hiện tượng vật lý gọi là điện từ trường.
3. Cách xác định chiều từ trường
Cách xác định chiều của từ trường có thể dùng một số quy tắc sau:
- Quy tắc nắm bàn tay phải: Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của đường sức từ.
- Quy tắc vặn nút chai: Nếu dòng điện thẳng thì chiều của từ trường là chiều quay của cái vặn nút chai hoặc là của đinh ốc tiến theo dòng điện đó. Nếu là dòng điện tròn thì chiều của từ trường ở trong chính vòng tròn đó là chiều tiến lên của cái vặn nút chai khi mà nó quay theo chiều của dòng điện.
- Quy tắc nắm bàn tay trái: Để bàn tay trái sao cho đường cảm ứng từ hướng vào lòng bàn tay. Lúc đó, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa sẽ hướng theo chiều dòng điện. Ngón cái choãi ra một góc 90 độ chỉ chiều của lực điện từ.
4. Từ trường và điện trường có liên quan như thế nào?
Điện trường và từ trường là hai dạng vật chất đặc biệt mô tả sự phân bố trong không gian của một lực có thể tác dụng lên điện tích và dòng điện.
Điện trường và từ trường có mối quan hệ mật thiết với nhau: nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường, và ngược lại, nếu tại một nơi có từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy.
Điện trường và từ trường biến thiên cùng tồn tại và cùng biến đổi trong một trường thống nhất là điện từ trường. Điện từ trường có thể được tạo ra một cách nhân tạo, nhưng cũng xuất hiện tự nhiên trong môi trường.
5. Cách đo lường từ trường
Cách đo lường từ trường có thể dùng một số thiết bị sau:
- Kim từ: là một kim nam châm nhỏ cân bằng được treo bởi một sợi chỉ hoặc một trục quay. Kim từ sẽ chỉ hướng của từ trường tại vị trí đặt nó.
- La bàn: là một kim từ được gắn trên một đĩa có ghi các hướng địa lý. La bàn sẽ chỉ hướng của từ trường Trái Đất và giúp xác định phương hướng của các vật thể.
- Đồng hồ Hall: là một thiết bị dùng để đo cảm ứng từ bằng cách dùng hiệu ứng Hall. Hiệu ứng Hall là hiện tượng xuất hiện điện thế giữa hai bên của một dây dẫn khi nó được đặt trong một từ trường vuông góc với dòng điện.
- Cảm biến từ: là một thiết bị dùng để phát hiện sự thay đổi của từ trường và chuyển nó thành tín hiệu điện. Có nhiều loại cảm biến từ khác nhau như cảm biến Hall, cảm biến nam châm vĩnh cửu, cảm biến quang học, …
6. Ứng dụng của từ trường
Từ trường có nhiều ứng dụng trong cuộc sống hiện đại, trong đó có thể kể đến như:
- Trong y học: Từ trường được dùng để chẩn đoán và điều trị một số bệnh lý bằng cách kích thích các tế bào và cơ quan trong cơ thể. Ví dụ như máy chụp cộng hưởng từ (MRI), máy điện từ trường, nam châm vĩnh cửu chữa bệnh,…
- Trong công nghệ: Từ trường được dùng để tạo ra điện năng và chuyển động cho các thiết bị và máy móc. Ví dụ như máy phát điện, động cơ điện, máy biến áp, tụ điện,…
- Trong vật lý trị liệu: Từ trường được dùng để làm giảm đau, phù nề, viêm nhiễm và kích thích phục hồi các tổ chức bị tổn thương. Ví dụ như dây chuyền từ tính, gậy từ, cốc từ từ,…
- Trong nông nghiệp: Từ trường được dùng để làm kích thích sự nảy mầm của hạt giống, giúp hạt giống nảy mầm tốt hơn và tăng năng suất cây trồng.
- Trong khám phá vũ trụ: Từ trường được dùng để bảo vệ Trái Đất khỏi các tia có hại từ Mặt Trời và không gian. Từ trường cũng giúp xác định phương hướng của các thiết bị bay và vệ tinh bằng la bàn.
>>> Xem thêm: Điện trường là gì? Cường độ điện trường là gì?
