Ứng dụng của cảm ứng điện từ: Tại sao bạn đang sử dụng nó mỗi ngày mà không biết?

Trong thời đại công nghệ phát triển như vũ bão, cảm ứng điện từ không còn là khái niệm chỉ dành cho dân chuyên vật lý. Từ sạc không dây, thẻ từ, bếp từ đến máy phát điện, tất cả đều hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Vậy cảm ứng điện từ là gì, nguyên lý hoạt động ra sao và vì sao nó lại có vai trò không thể thay thế trong công nghệ hiện đại? 

Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ bản chất hiện tượng vật lý tưởng chừng “hàn lâm” này bằng cách giải thích dễ hiểu nhất.

Cảm ứng điện từ là gì?

Cảm ứng điện từ là hiện tượng trong đó một điện áp (suất điện động cảm ứng) được sinh ra trên một vật dẫn (như dây dẫn trong mạch kín) khi từ thông xuyên qua vật dẫn đó biến thiên theo thời gian. Nói cách khác, nếu số đường sức từ (“từ thông”) qua một mạch kín thay đổi (tăng lên hoặc giảm đi), thì trong mạch kín đó sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng. Nguồn gốc khái niệm này được phát hiện qua các thực nghiệm của Michael Faraday vào năm 1831.

Nguyên lý hoạt động của cảm ứng điện từ

Về nguyên lý hoạt động của cảm ứng điện từ, bạn có thể hình dung đơn giản như sau:

• Nếu bạn di chuyển một nam châm lại gần hoặc ra xa một cuộn dây hoặc thay đổi cường độ từ trường đi qua cuộn dây đó, thì dòng điện sẽ xuất hiện trong cuộn dây. Dòng điện đó gọi là dòng điện cảm ứng.
• Hiện tượng này xảy ra theo định luật Faraday. Cụ thể, khi từ thông (tức là lượng đường sức từ xuyên qua một mạch điện) thay đổi theo thời gian, thì mạch đó sẽ sinh ra một suất điện động, tức là một điện áp. Nếu mạch được nối kín, dòng điện sẽ chạy qua và ta có dòng cảm ứng.
• Bên cạnh đó, định luật Lenz cho biết chiều của dòng điện cảm ứng sẽ luôn chống lại nguyên nhân tạo ra nó. Nói cách khác, nếu từ trường đang tăng, dòng cảm ứng sẽ có chiều sao cho nó tạo ra một từ trường ngược lại để “kìm hãm” sự tăng đó. Đây là cách tự nhiên giúp hệ thống điện ổn định và không bị rối loạn.

Để cảm ứng điện từ xảy ra, bạn chỉ cần tạo ra sự thay đổi của từ trường đối với dây dẫn. Đó có thể là di chuyển nam châm, xoay cuộn dây hoặc thay đổi cường độ dòng điện ở cuộn dây bên cạnh. Đây cũng chính là nguyên lý hoạt động trong các thiết bị như máy phát điện, máy biến áp, sạc không dây hay thậm chí cả bếp từ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cảm ứng điện từ

Cảm ứng điện từ có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau. Dưới đây là một vài yếu tố nổi bật nhất mà bạn nên biết:

• Tốc độ thay đổi từ thông: Từ thông thay đổi càng nhanh thì suất điện động cảm ứng càng lớn. Vì vậy, việc di chuyển nam châm nhanh hơn sẽ tạo ra dòng điện mạnh hơn.
• Số vòng dây của cuộn dây: Cuộn dây càng nhiều vòng thì suất điện động cảm ứng càng lớn. Mỗi vòng dây đều “cắt” qua từ trường nên hiệu quả cộng dồn.
• Cường độ từ trường: Từ trường mạnh hơn sẽ tạo ra cảm ứng điện từ mạnh hơn. Do đó, việc dùng nam châm mạnh hoặc dòng điện lớn sẽ là một cách khác để tăng cường từ trường.
• Diện tích cuộn dây: Diện tích cuộn dây lớn hơn cho phép nhiều từ thông đi qua, từ đó tăng suất điện động cảm ứng.
• Góc giữa mặt phẳng cuộn dây và hướng từ trường: Góc 90° (vuông góc) giữa cuộn dây và từ trường cho hiệu quả cảm ứng tốt nhất. Khi góc lệch đi, cảm ứng điện từ sẽ yếu dần.
• Chiều dài dây dẫn nằm trong từ trường: Trong vùng từ trường, dây càng dài sẽ tăng khả năng cắt đường sức từ càng lớn, tạo ra suất điện động lớn hơn.

Ứng dụng của cảm ứng điện từ

Ngày nay, cảm ứng điện từ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Dưới đây là vai trò quan trọng nhất của hiện tượng này:

1. Tạo và truyền điện năng

Một trong những vai trò cốt lõi và không thể thay thế của cảm ứng điện từ chính là chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng. Điều này diễn ra trong hầu hết các máy phát điện hiện nay. 

Khi tua bin quay (nhờ sức gió, dòng nước, hơi nước hoặc động cơ), cuộn dây hoặc nam châm trong máy phát cũng quay theo, tạo ra dòng điện nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. Đây là nguyên lý giúp nhà máy thủy điện, nhiệt điện, điện gió... cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống lưới điện quốc gia.

Không dừng lại ở đó, cảm ứng điện từ còn giúp truyền tải điện năng hiệu quả nhờ sự ra đời của máy biến áp. Máy biến áp sử dụng hai cuộn dây quấn quanh lõi sắt. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây sơ cấp, máy biến áp sẽ sinh ra từ trường biến đổi, cảm ứng dòng điện ở cuộn thứ cấp. Nhờ nguyên lý này, chúng ta có thể tăng điện áp để truyền đi xa mà không hao tổn nhiều năng lượng, rồi lại hạ áp để sử dụng an toàn trong gia đình và công nghiệp.

2. Làm nền cho các thiết bị động lực và máy móc hiện đại

Cảm ứng điện từ là “trái tim” của rất nhiều thiết bị chuyển động, đặc biệt là trong động cơ điện. Đây là một phát minh đã làm thay đổi hoàn toàn nền công nghiệp hiện đại. Trong động cơ điện, dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường. 

Khi từ trường này biến đổi, nó sẽ tác động lực lên phần quay (rotor) làm cho động cơ hoạt động. Nhờ nguyên lý này, máy móc trong nhà máy, quạt, máy bơm, thang máy, xe điện, tàu điện đều vận hành trơn tru.

Không chỉ có động cơ, hiện tượng cảm ứng điện từ còn được ứng dụng trong cảm biến từ. Đó đang là một phần không thể thiếu của hệ thống tự động hóa. Các cảm biến này phát hiện sự thay đổi từ trường khi vật thể (nhất là kim loại) đến gần, từ đó ra tín hiệu để máy móc xử lý. Đây cũng là nguyên lý hoạt động của cổng từ an ninh, máy kiểm tra sản phẩm, hệ thống đếm người, thậm chí cả trong robot tự hành hoặc nhà máy thông minh.

3. Mở ra kỷ nguyên công nghệ không dây và điện tử thông minh

Ngày nay, chúng ta đang bước vào thời đại của thiết bị không dây và cảm ứng điện từ là nền tảng quan trọng đứng sau nhiều công nghệ tiện lợi mà bạn đang dùng mỗi ngày. Điển hình nhất là sạc không dây cho điện thoại, đồng hồ thông minh, tai nghe Bluetooth... 

Hệ thống sạc này gồm hai cuộn dây, trong đó một cuộn được gắn vào bộ sạc và một cuộn gắn vào thiết bị. Khi cuộn sạc được cấp điện, từ trường biến đổi được tạo ra và cảm ứng dòng điện ở cuộn còn lại, giúp thiết bị sạc mà không cần cắm dây.

Không dừng lại ở smartphone, cảm ứng điện từ còn xuất hiện trong nhà bếp thông minh như bếp từ hay ấm đun không dây. Với các thiết bị đó, nhiệt sẽ được tạo ra trực tiếp trong đáy nồi nhờ dòng điện cảm ứng, không cần đốt cháy nhiên liệu hay tạo nhiệt qua sợi đốt. Gần đây, nhiều hãng công nghệ còn phát triển nền tảng truyền năng lượng không tiếp xúc cho toàn bộ bếp. Nhờ đó, bếp, nồi, máy xay... hoạt động chỉ bằng cách đặt đúng chỗ và không cần dây nhợ phức tạp.

4. Trong y tế và các ngành công nghệ cao

Ngoài những ứng dụng phổ biến, cảm ứng điện từ còn là công cụ then chốt trong y học hiện đại và các ngành kỹ thuật cao. Trong y tế, một trong những thiết bị chẩn đoán hình ảnh tiên tiến nhất là máy chụp cộng hưởng từ (MRI) sử dụng cảm ứng điện từ để thu tín hiệu cộng hưởng từ hạt nhân, tái tạo hình ảnh mô mềm. Đây là bước tiến vượt bậc trong việc chẩn đoán ung thư, thần kinh và các bệnh lý phức tạp.

Ngoài ra, cảm ứng điện từ còn được dùng trong công nghệ kiểm tra không phá hủy (NDT – Non-Destructive Testing) như kiểm tra vết nứt trong vật liệu, phát hiện lỗi trong kết cấu thép... mà không cần tháo rời hay làm hỏng thiết bị. 

Trong công nghiệp hàng không, xây dựng, sản xuất linh kiện điện tử, nguyên lý này được ứng dụng vô cùng rộng rãi. Tất cả đều cho thấy cảm ứng điện từ không chỉ hỗ trợ cuộc sống hằng ngày mà còn góp phần thúc đẩy sự phát triển của những ngành nghề tiên phong.

Tạm kết

Cảm ứng điện từ không chỉ là một hiện tượng vật lý trong sách giáo khoa mà là nền tảng cốt lõi cho hàng loạt phát minh và công nghệ đang định hình thế giới hiện đại. Từ việc truyền tải điện năng cho đến các thiết bị thông minh, nguyên lý tưởng chừng phức tạp này lại có mặt khắp nơi xung quanh bạn.

Nếu là một sinh viên và muốn hiểu sâu hơn về ứng dụng cảm ứng điện từ trong các lĩnh vực cụ thể, bạn nên lựa chọn ngay một mẫu laptop chính hãng do FPT Shop phân phối thông qua đường link bên dưới.

• Laptop sinh viên

Xem thêm:

• Bút cảm ứng cho laptop là gì? Tìm hiểu một số loại bút cảm ứng cho laptop thông dụng hiện nay
• Review 5 mẫu laptop cảm ứng cho sinh viên 2025 với tiêu chí mỏng nhẹ, giá tốt