Michael Faraday là người đầu tiên phát hiện ra hiện tượng tự cảm ứng
Năm 1831, nhà khoa học người Anh Michael Faraday phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ. Từ khám phá của mình, ông lưu ý rằng khi có dòng điện chạy qua dây dẫn, một từ trường sẽ được tạo ra xung quanh nó. Từ trường sinh ra này cũng tạo ra một lực điện từ (EMF) trong cùng dây dẫn, lực này cản trở dòng điện. Hiện tượng này được gọi là tự cảm ứng.
Độ tự cảm được tạo ra bởi sự hiện diện của từ trường.
Độ tự cảm là tính chất cơ bản của mạch điện, đó là kết quả của sự tương tác giữa dòng điện và từ trường xảy ra trong một mạch điện. Khái niệm về độ tự cảm xuất phát từ định luật Faraday.
Độ tự cảm chống lại sự thay đổi của dòng điện.
Một trong những đặc tính đáng chú ý của độ tự cảm là khả năng chống lại sự thay đổi của dòng điện chạy qua mạch kín. Khi dòng điện chạy qua cuộn cảm, cuộn cảm sẽ tạo ra một suất điện động tự cảm chống lại sự thay đổi của dòng điện chạy qua nó.
Đơn vị của độ tự cảm
Đơn vị của độ tự cảm là Henry (ký hiệu H), được hệ thống đơn vị quốc tế (SI) chọn làm đơn vị của điện cảm vào năm 1946. Đơn vị độ tự cảm được đặt theo tên nhà khoa học người Mỹ Joseph Henry (1797 - 1878) người đóng góp đáng kể khám phá ra hiện tượng tự cảm, chứng minh rằng dòng điện có thể được tạo ra trong cuộn dây bởi từ trường thay đổi.
Ba loại cuộn cảm phổ biến nhất
● Cuộn cảm lõi không khí: Cuộn cảm lõi không khí được chế tạo bằng một cuộn dây quấn quanh lõi không từ tính, như nhựa hoặc gốm. Loại cuộn cảm này sử dụng trong các ứng dụng tần số cao, trong đó độ tự cảm thấp và tổn hao thấp, như trong các mạch điều chỉnh radio.
● Cuộn cảm lõi sắt: Cuộn cảm lõi sắt được chế tạo bằng một cuộn dây quấn quanh lõi sắt từ, như sắt hoặc ferit. Với độ tự cảm cao hơn, loại cuộn cảm này sử dụng trong các ứng dụng tần số thấp như trong nguồn điện và mạch âm thanh.
● Cuộn cảm hình xuyến: Cuộn cảm hình xuyến được chế tạo bằng một cuộn dây quấn quanh lõi/vòng hình xuyến, thường làm bằng sắt hoặc ferit. Hình dạng này cho phép trọng lượng nhẹ và độ tự cảm cao hơn. Loại cuộn cảm này thường thấy trong bộ lọc nhiễu và nguồn điện.
Bốn yếu tố ảnh hưởng đến độ tự cảm
Bốn yếu tố cơ bản trong cấu tạo của cuộn cảm, quyết định đến độ tự cảm:
● Số vòng quấn trong cuộn dây. Khi các yếu tố khác đều bằng nhau, số vòng dây nhiều hơn trong cuộn dây, độ tự cảm càng lớn; ngược lại, số vòng dây ít hơn trong cuộn dây, độ tự cảm càng nhỏ.
● Diện tích cuộn dây. Khi các yếu tố khác đều bằng nhau, diện tích cuộn dây lớn hơn (được đo khi nhìn dọc qua cuộn dây, tại mặt cắt ngang của lõi), độ tự cảm lớn hơn; diện tích cuộn dây nhỏ hơn, độ tự cảm nhỏ hơn.
● Chiều dài cuộn dây. Khi các yếu tố khác đều bằng nhau, chiều dài cuộn dây càng dài, độ tự cảm càng ít; chiều dài cuộn dây càng ngắn, độ tự cảm càng nhiều.
● Vật liệu lõi. Khi các yếu tố khác đều bằng nhau, độ thấm từ của lõi mà cuộn dây quấn quanh càng lớn, độ tự cảm càng lớn; độ thấm từ của lõi càng ít, độ tự cảm càng ít.
Độ tự cảm ứng dụng trong các linh kiện điện tử khác nhau.
Độ tự cảm ứng dụng trong nhiều loại linh kiện điện tử, bao gồm cuộn dây, cuộn cảm kháng, hay máy biến áp,… Các linh kiện này được thiết kế để sử dụng các đặc tính của độ tự cảm, dùng cho các mục đích cụ thể như lưu trữ năng lượng, lọc nhiễu và xử lý tín hiệu.
Độ tự cảm đóng vai trò quan trọng trong động cơ và máy phát điện.
Độ tự cảm cần thiết trong hoạt động của động cơ điện và máy phát điện. Nó cho phép chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học và ngược lại bằng cách tạo ra và điều khiển từ trường. Nếu không có điện cảm, các thiết bị này sẽ không thể hoạt động hiệu quả.
Độ tự cảm ứng dụng trong công nghệ sạc không dây.
Khớp nối cảm ứng là nền tảng của công nghệ sạc không dây. Nó cho phép truyền năng lượng không dây giữa hai cuộn dây, một nằm trong bảng sạc/đế sạc và một nằm trong thiết bị di động. Công nghệ này đang cách mạng hóa cách chúng ta sạc các thiết bị điện tử.
Cuộn cảm có thể ứng dụng trong hệ thống lưu trữ năng lượng.
Cuộn cảm thường làm bằng cuộn dây kim loại dẫn điện quấn quanh lõi, có thể lưu trữ năng lượng trong từ trường của chúng, khiến chúng trở nên hữu ích trong các hệ thống lưu trữ năng lượng dựa trên điện cảm và siêu tụ điện. Các hệ thống này cung cấp mật độ năng lượng cao, khả năng phóng điện nhanh, tăng hiệu quả trong công nghệ lưu trữ năng lượng.
