Nam châm điện

Lịch sử ra đời

Nam châm điện lần đầu tiên được phát minh bởi nhà điện học người Anh William Sturgeon (1783-1850) vào năm 1825. Nam châm điện của Sturgeon là một lõi sắt non hình móng ngựa có một số vòng dây điện cuốn quanh. Khi cho dòng điện sinh ra bởi một pin nhỏ chạy qua, lõi sắt bị từ hóa và cảm ứng từ sinh ra đủ mạnh để hút lên được một hộp sắt nặng 7 ounce. Khi ngắt dòng điện, từ trường của lõi cũng biến mất.

Nguyên lý

Khi mắc một dây dẫn điện có nhiều vòng quấn với nguồn điện, dòng điện sản sinh một điện trường E trong các vòng quấn. Khi dòng điện đi qua các vòng quấn, Biến đổi của điện trường trong các vòng quấn sinh ra một từ trường B vuông góc với điện trường E.
Từ trường của cuộn dây dẫn điện có tính chất giống như từ trường của một Nam Châm cũng hút hay đẩy một từ vật nằm trong từ trường của cuộn dây.
Khi ngắt dòng điện khỏi cuộn dây, từ trường biến mất. Cuộn dây không còn có thể hút hay đẩy từ vật
Vậy chỉ khi nào có dòng điện diện đi qua, cuộn dây mới trở một thành nam châm điện
Từ trường của cuộn dây tùy thuộc vào số từ cảm cuộn dây và dòng điện trong cuộn dây :
Từ cảm cuộn dây tỉ lệ thuận với chiều dài, số vòng quấn và tỉ lệ nghịch với diện tích của cuộn dây đó

Cuộn dây tạo từ trường

Thông thường, cuộn dây là cuộn "solenoid"  được cuốn nhiều vòng dây đều nhau. Cường độ từ trường sinh ra trong ống dây được tính theo công thức:
Với  lần lượt là số vòng dây, chiều dài cuộn dây và cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây.

Ứng dụng trong khoa học kỹ thuật

– Thẻ tín dụng, thẻ ghi nợ và máy rút tiền tự động: trên các thẻ này đều có dải từ bên dưới, dải từ này được làm từ nam châm điện.
– Các màn hình ti vi và máy tính: màn hình TV và máy tính có một ống tia âm cực sử dụng hai cặp nam châm điện để điều khiển hướng đi của chùm tia êlectron đến màn hình.
– Động cơ điện và máy phát điện: một số động cơ điện dựa vào sự kết hợp của một nam châm điện và một nam châm vĩnh cửu trong khi máy phát điện thì ngược lại (chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng bằng cách di chuyển một dẫn thông qua một từ trường).
– Rơ-le: nam châm điện được sử dụng để điều khiển các thiết bị chuyển mạch trong rơ-le. Điều này đặc biệt quan trọng khi thực hiện một vài hoạt động ví như thực hiện cuộc gọi điện thoại. Các điện thoại đầu tiên đã sử dụng một loại chuyển tiếp, nó không chỉ giúp kết nối cuộc gọi mà còn tạo nên bộ nhớ chức năng.
– Cần cẩu điện: các tấm tròn ở cuối của cần cẩu chính là một nam châm điện, khi sử dụng năng lượng điện thì tấm tròn có thể nâng các loại rác bằng kim loại lên.
Ngoài ra, nam châm điện còn được ứng dụng trong các ngành giao thông (tàu điện), hàng không, vũ trụ, công nghệ quân sự, v.v,…

Ứng dụng trong công nghiệp và y học

Nam châm điện được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và tiêu dùng dưới dạng các ứng dụng như của nam châm vĩnh cửu. Có thể kể đến là động cơ điện, xe bán tải điện, micro, bộ cảm biến, loa phóng thanh, ống sóng đi du lịch, đồ trang sức,… Nam châm điện còn được sử dụng rộng rãi trong các dụng cụ như đồng hồ, cảm biến, thiết bị lò vi sóng, thiết bị điều khiển tự động, v.v,...
Trong y học, các bệnh viện sử dụng kỹ thuật chẩn đoán MRI là kỹ thuật chụp cộng hưởng từ, một kỹ thuật chẩn đoán hình hiện đại dùng từ trường và sóng ra-đi-ô nhằm giải quyết tại chỗ các vấn đề trong bộ phận cơ thể của bệnh nhân mà không cần phẫu thuật xâm lấn.