Lý thuyết & bài tập sự nhiễm từ của sắt thép – Nam châm điện hay nhất (Lý 9 bài 25)

Nam châm điện được ứng dụng để nâng đẩy các cuộn sắt thép có trọng lượng lên đến hàng chục tấn. Vậy tại sao nam châm điện lại có lực hút lớn như vậy? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu các kiến thức liên quan trong bài học sự nhiễm từ của sắt thép – Nam châm điện.

Thành thạo 2.000 + từ và 6.000 câu tiếng anh Phát triển tổng lực 4 kiến thức và kỹ năng tiếng anh Giỏi Toán – tiếng Anh theo giải pháp văn minh Phát triển EQ và năng lực tiếng Việt10 triệu + + trẻ nhỏ tại 108 nước đã giỏi tiếng Anh như người bản xứ và tăng trưởng ngôn từ vượt bậc qua những app của Monkey

Sự nhiễm từ của sắt, thép

Thí nghiệm 1: Bố trí thí nghiệm như hình

Bạn đang đọc: Lý thuyết & bài tập sự nhiễm từ của sắt thép – Nam châm điện hay nhất (Lý 9 bài 25)

• Đóng công tắc nguồn K cho dòng điện chạy qua ống dây. Quan sát góc lệch của kim nam châm từ so với phương khởi đầu
• Đặt lõi sắt non hoặc lõi thép vào trong lòng ống dây. Đóng công tắc nguồn K. Quan sát và cho nhận xét về góc lệch của kim nam châm từ so với trường hợp ống dây không có lõi sắt ( thép )

Kết luận thí nghiệm 1 :

• Khóa K đóng, kim nam châm hút bị lệch đi so với phương khởi đầu .
• Đặt lõi sắt ( thép ) vào trong lòng ống dây, góc lệch của kim nam châm từ lớn hơn so với trường hợp không có lõi sắt ( thép )

⇒ Nhận xét : Lõi sắt hoặc thép làm tăng công dụng từ của ống dây có dòng điện chạy qua .

Thí nghiệm 2: Bố trí thí nghiệm như hình

Cho biết hiện tượng kỳ lạ xảy ra với đinh sắt trong trường hợp :

• Ống dây có lõi sắt non đang hút đinh. Ngắt công tắc nguồn K
• Ống dây có lõi thép đang hút đinh. Ngắt công tắc nguồn K

Kết luận thí nghiệm 2 : Khi ngắt dòng điện đi qua ống dây, lõi sắt non không hút đinh còn lõi thép vẫn hút được đinh .
⇒ Nhận xét : Lõi sắt non mất hết từ tính, còn lõi thép thì vẫn giữ được từ tính

Sau khi tiến hành 2 thí nghiệm, ta rút ra được kết luận chung:

• Lõi sắt hoặc thép làm tăng công dụng từ của ống dây có dòng điện chạy qua .
• Khi ngắt điện, lõi sắt non mất hết từ tính còn lõi thép thì vẫn giữ được từ tính .

So sánh sự nhiễm từ của sắt và thép 

Sau 2 thí nghiệm trên, những em hoàn toàn có thể rút ra những đặc thù khác nhau về sự nhiễm từ của sắt và thép :

• Sắt và thép đều có năng lực làm tăng của ống dây có dòng điện .
• Sắt thì nhiễm từ mạnh hơn thép nhưng lại khử từ ngay .
• Thép thì nhiễm từ yếu hơn thép nhưng lại giữ lại từ tính lâu hơn .

Kết luận: Vì những nguyên nhân trên mà người ta sẽ ứng dụng sự nhiễm từ của thép để chế tạo nam châm vĩnh cửu. Còn đối với sắt, người ta sẽ ứng dụng để chế tạo ra nam châm điện. 

Nam châm điện 

Tiếp theo tất cả chúng ta sẽ cùng tìm hiểu và khám phá rõ hơn về định nghĩa, cấu trúc, nguyên tắc hoạt động giải trí và ứng dụng thực tiễn của một nam châm từ điện

Nam châm điện là gì?

Nam châm điện là một vật liệu tạo ra từ trường hay nói cách khác, đó là một nguồn sản sinh từ trường. 

Nam châm điện hoạt động nhờ từ trường sinh ra bởi cuộn dây có dòng điện lớn chạy qua. Khi dòng điện ngừng chạy qua, nam châm điện sẽ mất đi từ tính.

Sự ra đời của nam châm điện: Vào năm 1825, nam châm điện được phát minh dưới sự nghiên cứu của nhà khoa học William Sturgeon (1783-1850). Nam châm điện của nhà khoa học Sturgeon ban đầu là một lõi sắt non có hình dạng tương tự như móng ngựa. Bên cạnh đó, lõi sắt sẽ được quấn quanh bởi vòng dây điện. Khi có dòng điện sinh ra bởi pin nhỏ chạy qua, lõi sắt sẽ bị từ hóa và sinh ra một cảm ứng từ đủ mạnh để có thể hút được hộp sắt nặng đến 7 ounce (~ 200 gram). Phát minh của ông được đánh giá là nền tảng sơ khai cho sự ra đời của các thiết bị hiện đại sau này.

Mặc dù nhà khoa học Sturgeon là người tiên phong cho sinh ra ra nam châm hút điện nhưng người đã nâng cấp cải tiến ý tưởng này chính là nhà vật lý Joseph Henry. Bên cạnh việc nâng cấp cải tiến lực hút của nam châm từ điện, ông còn ý tưởng ra được những loại máy khác như máy điện thoại thông minh, máy điện tín và động cơ điện .

So với nam châm vĩnh cửu, nam châm điện có một số các ưu điểm nổi trội như: 

• Có thể sinh ra được từ trường mạnh hơn rất nhiều so với nam châm hút vĩnh cửu
• Có thể làm mất từ tính của nam châm từ trọn vẹn chỉ bằng cách ngắt dòng điện chạy qua
• Có thể kiểm soát và điều chỉnh được độ mạnh yếu của nam châm từ bằng cách đổi khác số vòng dây hoặc tăng giảm cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây .

Cấu tạo & nguyên lý hoạt động của nam châm điện 

Cấu tạo nam châm điện 

Cấu tạo của một nam châm từ điện gồm :

Một sợi dây điện dài quấn xung quanh lõi sắt non, dây được làm bằng kim loại đồng. Nhờ đó, khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây dẫn đó thì cuộn dây sẽ nhiễm từ mạnh ở bên trong. 

Mặt khác, nhờ sự từ hóa được tích tụ ở lõi sắt, từ tính cũng vì đó mà trở nên mạnh hơn. Tuy nhiên, chỉ cần tất cả chúng ta ngắt đi dòng điện thì lõi sắt sẽ bị mất từ tính ngay lập tức .

Lõi của nam châm điện được cấu tạo từ sắt non. 

Người ta sử dụng sắt non thay vì thép vì nếu dùng thép, khi triển khai ngắt dòng điện chạy qua dây dẫn, lõi thép vẫn sẽ giữ được từ tính và vẫn có năng lực hút được sắt kẽm kim loại .
Khi đó, nam châm từ điện sẽ trở thành nam châm từ vĩnh cửu, không cung ứng được nhu yếu sản xuất .

Nguyên lý hoạt động của nam châm điện

Nam châm điện hoạt động trên cơ sở nguyên lý cảm ứng điện từ. 

Khi triển khai đưa dòng điện vào cuộn dây quấn nhiều vòng quanh lõi sắt từ, dòng điện sẽ sản sinh ra một điện trường E bên trong những vòng dây quấn đó có năng lực hút được sắt kẽm kim loại có từ tính .
Một từ trường B vuông góc với điện trường E sẽ được sinh ra như vào sự tác động ảnh hưởng của điện từ trường .
Khi tất cả chúng ta ngắt dòng điện thì từ trường này sẽ biến mất trọn vẹn, và chỉ khi nào có dòng điện trở lại thì cuộn dây mới hoạt động giải trí như một nam châm hút điện. Từ trường của cuộn dây dẫn sẽ tùy thuộc vào dòng điện trong cuộn dây và số từ cảm cuộn dây .
Từ cảm cuộn dây tỉ lệ thuận với số vòng quấn, chiều dài và tỉ lệ nghịch với diện tích quy hoạnh của cuộn dây quấn đó .
Khi đặt lõi thép hoặc lõi sắt bất kể vào trong một ống dây và cho dòng điện chạy qua ống dây, lõi thép ( sắt ) sẽ có từ tính và trở thành một nam châm hút, cùng với đó sẽ làm tăng tính năng từ của ống dây .

Cách tăng lực từ của nam châm điện

 

Để hiểu rõ về cách tăng lực từ của nam châm hút điện, tất cả chúng ta cần xác lập được những yếu tố ảnh hưởng tác động lên lực từ của nam châm từ điện. Trước hết, từ trường của cuộn dây dẫn nhờ vào vào hai yếu tố đó là số từ cảm của cuộn dây và cường độ dòng điện chạy trong cuộn dây .
Trong đó, số từ cảm của cuộn dây sẽ tỉ lệ thuận với số vòng quấn của cuộn dây và tỉ lệ nghịch với diện tích quy hoạnh cuộn dây dẫn đó .
Dựa trên những yếu tố đó, tất cả chúng ta xác lập được hai cách làm tăng lực từ của nam châm từ điện công dụng lên từ một vật như sau :

• Tăng cường độ dòng điện chạy qua những vòng dây .
• Tăng số vòng dây quấn quanh cuộn dây dẫn .

Ứng dụng của nam châm điện 

Nam châm điện được ứng dụng thoáng đãng trong đời sống thời nay. Các ngành sử dụng nam châm từ điện gồm có ngành giao thông vận tải vận tải đường bộ, y tế, công nghiệp, điện tử, ..

• Trong ngành công nghiệp

Ngày nay thì nam châm từ điện được sử dụng khá thông dụng. Điển hình trong quy trình chế biến sắt thép, sử dụng nam châm hút điện trong tái chế sắt hoặc tại những cảng vận tải đường bộ, cảng biển lớn, … Các mẫu sản phẩm được sản xuất từ nam châm hút điện gồm có : xe bán tải điện, động cơ điện, micro, loa phóng thanh, bộ cảm ứng, ống sóng đi du lịch, cảm ứng, đồng hồ đeo tay, thiết bị lò vi sóng, thiết bị tinh chỉnh và điều khiển tự động hóa, kỹ thuật hàng không, thiên hà, …
Các loại nam châm từ dùng trong ngành công nghiệp đa phần là những nam châm từ cỡ lớn với sức hút từ mạnh và sức nâng cực lớn so với những loại nam châm hút thường thì. Mục đích của việc sử dụng nam châm từ điện là để luân chuyển, bê đỡ những sắt kẽm kim loại có khối lượng lớn trong quy trình sản xuất, thiết kế .

• Trong ngành y tế

Nam châm điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật chẩn đoán MRI để chẩn đoán, phát hiện bệnh, tế bào ung thư cho bệnh nhân .
Đây được nhìn nhận là một trong những ứng dụng quan trọng của nam châm hút điện vì là kỹ thuật chụp cộng hưởng từ cực kỳ tân tiến, sử dụng từ trường và sóng radio để xử lý hiệu suất cao những yếu tố sức khỏe thể chất trong bộ phận khung hình của người bệnh mà không cần phải triển khai phẫu thuật xâm lấn .

• Trong ngành giao thông vận tải vận tải đường bộ

Xem thêm: MẪU 3 PHIẾU ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN LOẠI VIÊN CHỨC Năm 2019 – Tài liệu text

Nam châm điện cũng được sử dụng trong GTVT, nổi bật là ứng dụng sản xuất tàu điện ngầm. Nhờ những đặc thù về từ tính của nam châm từ điện, người ta đã tìm ra cách giúp đẩy nhanh tốc độ của tàu, giúp tàu vận động và di chuyển nhanh gọn một cách thuận tiện .

• Trong đời sống hàng ngày

Bên cạnh đó, tất cả chúng ta cũng hoàn toàn có thể thuận tiện phát hiện sự Open của nam châm hút điện trong đời sống hằng ngày, trải qua những đồ vật thân thiện, thường thì như máy rút tiền tự động hóa, thẻ tín dụng, màn hình hiển thị tivi, những bộ phận của loa phát thanh, đài truyền hình hoặc những phương tiện đi lại chuyển dời như xe máy điện, xe đạp điện điện, …

Xem thêm: Nam châm vĩnh cửu là gì? Tìm hiểu lý thuyết, cấu tạo, ứng dụng đầy đủ nhất tại đây

Bài tập sự nhiễm từ của sắt thép nam châm điện (Vật lý 9 bài 25)

Bài 1: Nam châm điện gồm một cuộn dây dẫn quấn quanh một lõi sắt non có dòng điện chạy qua:

a ) Nếu ngắt dòng điện thì nó còn công dụng từ nữa không ?
b ) Lõi của nam châm từ điện phải là sắt non, không được là thép. Vì sao ?

Lời giải:

a ) Nếu ngắt dòng điện thì nam châm từ điện không còn tính năng từ .
b ) Vì dây thép còn giữ được từ tính khi ngắt điện. Khi đó nam châm hút điện mất ý nghĩa sử dụng .

Bài 2: Trong nam châm điện được vẽ trên hình 25.1 SBT, nếu thay lõi sắt non bằng lõi niken thì:

a ) Từ trường có mạnh hơn cuộn dây không có lõi không ?
b ) Đầu A của cuộn dây là cực gì ?

Lời giải:

a ) Từ trường mạnh hơn. Vì niken có từ tính mạnh như thép .
b ) Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải ta được đầu A là cực Bắc .

Bài 3: Hình 25.2 vẽ một số kẹp giấy bằng sắt bị hút dính vào các cực của thanh nam châm.

a ) Có thể khẳng định chắc chắn những kẹp sắt này đã trở thành nam châm từ được không ? Vì sao ?
b ) Nếu khẳng định chắc chắn những kẹp sắt đã trở thành nam châm từ thì hãy xác lập tên từ cực của một trong số những nam châm từ này .
c ) Từ tác dụng trên, hãy lý giải vì sao nam châm hút lại hút được những đồ vật bằng sắt, thép khi đặt gần nó .

Lời giải:

Áp dụng kim chỉ nan :

• Khi đưa từ cực của hai thanh nam châm từ lại gần nhau thì chúng hút nhau nếu những cực khác tên, đẩy nhau nếu những cực cùng tên .
• Khi đặt sắt trong từ trường thì sắt bị nhiễm từ .

a ) Vì những kẹp sắt đặt trong từ trường của nam châm hút thì bị nhiễm từ nên hoàn toàn có thể chứng minh và khẳng định nó đã trở thành nam châm từ .
b ) Tên những từ cực của 1 số ít kẹp sắt được vẽ trên hình 25.1 .

c ) Khi đặt vật bằng sắt, thép gần nam châm hút thì vật bị nhiễm từ và sẽ trở thành nam châm từ, đầu đặt gần nam châm từ là từ cực trái dấu với từ cực của nam châm từ. Do đó bị nam châm từ hút .

Bài 4: Trong các trường hợp sau, trường hợp nào vật có khả năng nhiễm từ và trở thành nam châm vĩnh cửu?

A. Một vòng dây dẫn bằng thép được đưa lại gần một cực của nam châm từ điện mạnh trong thời hạn ngắn, rồi đưa ra xa .
B. Một vòng dây dẫn bằng sắt non được đưa lại gần một cực của nam châm hút điện mạnh trong thời hạn ngắn, rồi đưa ra xa .
C. Một vòng dây dẫn bằng sắt non được đưa lại gần một đầu của nam châm hút điện mạnh trong thời hạn dài, rồi đưa ra xa .
D. Một lõi sắt non được đặt trong lòng một cuộn dây có dòng điện với cường độ lớn trong một thời hạn dài, rồi đưa ra xa .

Lời giải: Đáp án A. 

Giải thích cụ thể : Vì sau khi nhiễm từ sắt non không giữ được từ tính lâu bền hơn, thép giữ được từ tính lâu dài hơn nên trường hợp vật có năng lực nhiễm từ và trở thành nam châm từ vĩnh cửu là một vòng dây dẫn bằng thép được đưa lại gần một cực của nam châm từ điện mạnh trong thời hạn ngắn, rồi đưa ra xa. ( Áp dụng triết lý : Sau khi nhiễm từ sắt non không giữ được từ tính lâu dài hơn, thép giữ được từ tính lâu dài hơn. )

Bài 5: Có hiện tượng gì xảy ra với một thanh thép khi đặt nó vào trong lòng một ống dây có dòng điện một chiều chạy qua?

A. Thanh thép bị nóng lên .
B. Thanh thép bị phát sáng .
C. Thanh thép bị đẩy ra khỏi ống dây .
D. Thanh thép trở thành một nam châm hút .

Lời giải: Đáp án D

Giải thích cụ thể : Trong lòng một ống dây có dòng điện một chiều chạy qua có từ trường. Khi đặt thanh thép vào thì thanh thép sẽ bị nhiễm từ tính và trở thành một nam châm từ. ( Áp dụng triết lý : Các vật tư từ đặt trong từ trường đều bị nhiễm từ. )

Bài 6: Khi đặt một thanh sắt non vào trong lòng một ống dây dẫn có dòng điện một chiều chạy qua thì thanh sắt trở thành một nam châm. Hướng Bắc Nam của một nam châm mới được tạo thành so với hướng Bắc Nam của ống dây thì:

A. Cùng hướng .
B. Ngược hướng .
C. Vuông góc .
D. Tạo thành một góc 450 .

Lời giải: Đáp án A

Giải thích chi tiết cụ thể : Khi đặt một thanh sắt non vào trong lòng một ống dây dẫn có dòng điện một chiều chạy qua thì thanh sắt trở thành một nam châm hút. Hướng Bắc Nam của một nam châm hút mới được tạo thành cùng hướng với hướng Bắc Nam của ống dây .

Bài 7: Có cách nào để làm tăng lực từ của một nam châm điện?

A. Dùng dây dẫn to quấn ít vòng .
B. Dùng dây dẫn nhỏ quấn nhiều vòng .
C. Tăng số vòng dây dẫn và giảm hiệu điện thế đặt vào hai đầu ống dây .
D. Tăng đường kính và chiều dài ống dây .

Lời giải: Đáp án B

Giải thích cụ thể : Trong những cách trên để làm tăng lực từ của một nam châm từ điện thì ta dùng dây dẫn nhỏ quấn nhiều vòng. ( Áp dụng kim chỉ nan : Để làm tăng lực từ của nam châm từ điện thì ta tăng cường mức độ dòng điện chạy qua những vòng dây hoặc tăng số vòng của ống dây. )

Bài 8: Vì sao lõi của nam châm điện không làm bằng thép mà lại làm bằng sắt non?

A. Vì lõi thép nhiễm từ yếu hơn lõi sắt non .
B. Vì dùng lõi thép thì sau khi bị nhiễm từ sẽ biến thành một nam châm hút vĩnh cửu .
C. Vì dùng lõi thép thì không hề làm biến hóa cường độ lực điện từ của nam châm hút điện .
D. Vì dùng lõi thép thì lực từ bị giảm đi so với khi chưa có lõi .

Lời giải: Đáp án B

Xem thêm: MẪU 3 PHIẾU ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN LOẠI VIÊN CHỨC Năm 2019 – Tài liệu text

Lời kết

Trên đây là các kiến thức cần thiết cho quá trình tìm hiểu và học tập về sự nhiễm từ của sắt thép – Nam châm điện. Hy vọng với các thông tin mà Monkey đã cung cấp, các em có thể tự học một cách hiệu quả cũng như nâng cao hiểu biết của bản thân.

Source: https://vh2.com.vn
Category : Đánh Giá