NGUYÊN LÝ HO T Đ NG C A B P TẠ Ộ Ủ Ế Ừ
B p c m ngế ả ứ hay b p tế ừ là b p s d ng dòng đi n c m ng (foucoult) đ n uế ử ụ ệ ả ứ ể ấ
n ng, b ng cách đ t t m s t m ng d i đáy n i ho c s d ng n i b ng h p kim s t,ướ ằ ặ ấ ắ ỏ ướ ồ ặ ử ụ ồ ằ ợ ắ
không làm vi c n u nó không có mi ng s t t này.ệ ế ế ắ ừ
Ho t đ ngạ ộ
B p c m ngế ả ứ
B p c m ng đ c ch t o d a trên nguyên lý t tr ng trong cu n dây vàế ả ứ ượ ế ạ ự ừ ườ ộ dòng đi nệ
Foucault. Ng i ta đ t m t cu n dây d n đi n d i m t t m v t li u cách đi n, cáchườ ặ ộ ộ ẫ ệ ướ ộ ấ ậ ệ ệ
nhi t (th ng là s th y tinh vì ngoài kh năng cách đi n, cách nhi t, nó còn có tínhệ ườ ứ ủ ả ệ ệ
th m m ). Khi cho dòng đi n ch y qua cu n dây s t o ngay t c th i t tr ng trongẩ ỹ ệ ạ ộ ẽ ạ ứ ờ ừ ườ
kho ng cách vài milimét trên b m t b p. Đáy n i b ng kim lo i (s t nhi m t ) n mả ề ặ ế ồ ằ ạ ắ ễ ừ ằ
trong t tr ng này s sinh ra dòng đi n Foucault và nóng lên, n u chín th c ăn nh đ iừ ườ ẽ ệ ấ ứ ư ố
v i cách đun n u thông th ng.ớ ấ ườ
Đ thay đ i nhi t đ đun, ng i ta thay đ i c ng đ t tr ng tác d ng lên đáy n iể ổ ệ ộ ườ ổ ườ ộ ừ ườ ụ ồ
b ng cách thay đ i c ng đ dòng đi n. Đi u này có th làm đ c b ng cách thay đ iằ ổ ườ ộ ệ ề ể ượ ằ ổ
tr s c aị ố ủ đi n trệ ở.
Đa s các lo i b p hi n nay đ u thi t k nhi u ch c năng n u t ng đ ng v i cácố ạ ế ệ ề ế ế ề ứ ấ ươ ươ ớ
m c nhi t đ đ nh s n nh m giúp cho vi c s d ng tr lên d dàng. Nhi u lo i b pứ ệ ộ ị ẵ ằ ệ ử ụ ở ễ ề ạ ế
còn có ch c năng h n gi .ứ ẹ ờ
Đ tăng hi u qu d n nhi t, ng i ta ch t o đáy n i có l p kim lo i d n nhi t t tể ệ ả ẫ ệ ườ ế ạ ồ ớ ạ ẫ ệ ố
như nhôm, đ ngồ ph lên l p v t li u s t t , d i cùng có th là l p v t li u có đ b nủ ớ ậ ệ ắ ừ ướ ể ớ ậ ệ ộ ề
cao nh inox.ư
u đi mƯ ể
u đi m c a b p c m ng là t c đ đun n u nhanh, do gi m đ c nhi t dung (khôngƯ ể ủ ế ả ứ ố ộ ấ ả ượ ệ
còn nhi t dung c a b p, ch có nhi t dung c a n i). Vi c đi u ch nh nhi t đ đ c th cệ ủ ế ỉ ệ ủ ồ ệ ề ỉ ệ ộ ượ ự
hi n b ng các m ch đi n t nên có đ chính xác cao.ệ ằ ạ ệ ử ộ
Chú ý
B p c m ng ch s d ng v i các lo i n i có đáy làm b ng v t li u d n đi n,ế ả ứ ỉ ử ụ ớ ạ ồ ằ ậ ệ ẫ ệ
đáy n i ph i b ng, không dùng các lo i n i, ch o đáy nh n. Ngoài ra cũng khôngồ ả ằ ạ ồ ả ọ
dùng đ c (hoàn toàn không nên dùng) n i b ng các ch t li u nhôm ho c đ ng...vv.ượ ồ ằ ấ ệ ặ ồ
Vì nh ng v t li u này có hi u su t sinh nhi t th p (Iữ ậ ệ ệ ấ ệ ấ 2R th p), do đó cu n dây c aấ ộ ủ
b p có th b nóng lên gây nguy hi m cho b p.ế ể ị ể ế
Công su t b p th ng t ng đ i l n (1800~2200 W) nên ph i ki m tra k tr cấ ế ườ ươ ố ớ ả ể ỹ ướ
khi dùng. Các phích c m c m cũng ph i trên 5 ampe và dùng riêng không đ cắ ổ ắ ả ượ
c m ch ng lên nhau d gây cháy n . Các dây đi n ph i có ti t di n l n đ đ đ mắ ồ ễ ổ ệ ả ế ệ ớ ủ ể ả
b o an toàn.ả
B p c m ng th ng có g n m t qu t t n nhi t nên khi đun n u chú ý đáy b pế ả ứ ườ ắ ộ ạ ả ệ ấ ế
ph i đ th t thoáng, nên đ b p cách xa h i nóng, h i n c, cũng nh các lo i b pả ể ậ ể ế ơ ơ ướ ư ạ ế
khác, không nên đ sát t ng và các v t khác.ể ườ ậ
Không đ các v t d ng b ng s t nh dao, dĩa, bát tráng men, n p l , vung n i lênể ậ ụ ằ ắ ư ắ ọ ồ
m t b p khi b p đang ho t đ ng.ặ ế ế ạ ộ
Không đ nh ng v t d h h ng khi b nhi m t g n m t b p nh băng ghi âm,ể ữ ậ ễ ư ỏ ị ễ ừ ầ ặ ế ư
ghi hình, máy thu hình và các thi t b gia d ng d b nhi m t .ế ị ụ ễ ị ễ ừ
Dòng đi n Foucaltệ, hay dòng đi n Phucôệ ho cặ dòng đi n xoáyệ, là hi nệ
t ngượ dòng đi nệ sinh ra khi ta đ t m t v tặ ộ ậ d n đi nẫ ệ vào trong m tộ từ
tr ngườ bi n đ i theoế ổ th i gianờ hay v t d nậ ẫ chuy n đ ngể ộ c t ngang t tr ng.ắ ừ ườ
Nhà v t lý ng i Phápậ ườ Léon Foucault (1819-1868) là ng i đ u tiên đã ch ngườ ầ ứ
minh s t n t i c a cácự ồ ạ ủ dòng đi n c m ngệ ả ứ trong v t d n nh tác d ng c aậ ẫ ờ ụ ủ
m tộ t thôngừ bi n thiênế.
Nguyên nhân v t lý gây nên dòng đi n Foucault chính làậ ệ l c Lorentzự hay l c đi nự ệ
t ng đ i tínhươ ố tác đ ng lên các h t tích đi n có th chuy n đ ng t do trong v tộ ạ ệ ể ể ộ ự ậ
d n.ẫ
Dòng đi n Foucault luôn ch ng l i nguyên nhân gây ra nó, theoệ ố ạ đ nh lu t Lenzị ậ .
Nó t o ra m tạ ộ c m ng tả ứ ừ có t thông ng c nh m ch ng l i s bi n thiên c aừ ượ ằ ố ạ ự ế ủ
t thông đã t o ra nó; ho c t ng tác v i t tr ng t o ra nó gây raừ ạ ặ ươ ớ ừ ườ ạ l c cự ơ
h cọ luôn ch ng l i chuy n đ ng c a v t d n.ố ạ ể ộ ủ ậ ẫ
Dòng đi n Foucault cũng là m tệ ộ hi u ng v t lýệ ứ ậ , trong nhi u hi u ng liên quanề ệ ứ
đ nế c m ng đi n tả ứ ệ ừ, có nhi u ng d ng hay ý nghĩa th c ti n. Nó cũng cóề ứ ụ ự ễ
chung b n ch t v iả ấ ớ hi u ng b m tệ ứ ề ặ trong các dây d nẫ đi n xoay chi uệ ề .
Thí nghi m c a Foucaultệ ủ
Foucault đã làm thí nghi m sau đ khám phá ra dòng đi n mang tên ông:ệ ể ệ
1. Ông quay m t đĩa kim lo i quanh m t tr c khôngộ ạ ộ ụ ma sát. Đĩa quay m t lúcộ
lâu.
2. Ông l p l i thí nghi m trên, nh ng đ t đĩa kim lo i trong m tặ ạ ệ ư ặ ạ ộ từ
tr ngườ m nh. Đĩa nhanh chóng d ng l i khi đ c đ a vào t tr ng, và đ ngạ ừ ạ ượ ư ừ ườ ồ
th i b nóng lên.ờ ị
Thí nghi m trên có th gi i thích nh sau: Các h t tích đi n có th chuy n đ ng t doệ ể ả ư ạ ệ ể ể ộ ự
trong đĩa kim lo i (c th làạ ụ ể electron), chuy n đ ng, cùng v i đĩa, trong t tr ng sể ộ ớ ừ ườ ẽ
ch uị l c Lorentzự gây ra b i t tr ng, làm l ch qu đ o chuy n đ ng. Đi u này cũng cóở ừ ườ ệ ỹ ạ ể ộ ề
nghĩa là các h t tích đi n này s chuy n đ ng t ng đ i so v i đĩa t o ra dòng đi nạ ệ ẽ ể ộ ươ ố ớ ạ ệ
xoáy, dòng đi n Foucaultệ, trong đĩa. Dòng đi n này b c n tr b iệ ị ả ở ở đi n trệ ở c a đĩa vàủ
sinh ra nhi t l ngệ ượ làm nóng đĩa. Theo đ nh lu tị ậ b o toàn năng l ngả ượ , đ ng năngộ c aủ
đĩa đang quay đ c chuy n hóa thành nhi t năng c a nó, và đĩa bu c ph i quay ch mượ ể ệ ủ ộ ả ậ
l i khi nóng lên.ạ
Công th c tínhứ
Xem xét m t vòng dây d n đi n n m trong t tr ng.ộ ẫ ệ ằ ừ ườ Hi u đi n thệ ệ ế sinh ra d c theoọ
vòng dây t l v i bi n thiênỷ ệ ớ ế t thôngừ, , qua vòng dây đó, theo d ng tích phânạ
c aủ đ nh lu t c m ng Faradayị ậ ả ứ :
Dòng đi n ch y trong dây, dòng đi n Foucault, theoệ ạ ệ đ nh lu t Ohmị ậ , t l ngh ch v iỷ ệ ị ớ
đi n tr ,ệ ở , c a dây:ủ
N uế c ng đ t tr ngườ ộ ừ ườ đ ng nh t,ồ ấ , trên toàn ti t di n c t ngang c a vòngế ệ ắ ủ
dây d n (ti t di n vuông góc v i t tr ng),ẫ ế ệ ớ ừ ườ , thì t thôngừ là:
Trong tr ng h p ti t di n vòng dây,ườ ợ ế ệ không thay đ i, bi n thiên tổ ế ừ
thông, , là:
Nên dòng Foucault là:
Trong tr ng h p t tr ng bi n đ i đi u hòa (ườ ợ ừ ườ ế ổ ề
, do đó ), ta có:
Tác h iạ
Trong các máy bi n thế ế và đ ng c đi nộ ơ ệ , lõi s t c a chúng n m trong t tr ng bi nắ ủ ằ ừ ườ ế
đ i. Trong lõi có các dòng đi n Foucault xu t hi n. Doổ ệ ấ ệ hi u ng Joule-Lenzệ ứ , năng l ngượ
c a các dòng Foucault b chuy n hóa thành nhi t làm máy nhanh b nóng, m t ph n năngủ ị ể ệ ị ộ ầ
l ng b hao phí và làm gi m hi u su t máy.ượ ị ả ệ ấ
Đ gi m tác h i này, ng i ta ph i gi m dòng Foucault xu ng. Mu n v y, ng i taể ả ạ ườ ả ả ố ố ậ ườ
tăng đi n tr c a các lõi. Ng i ta không dùng c kh i s t l n làm lõi mà dùng nhi u láệ ở ủ ườ ả ố ắ ớ ề
s t m ng đ c s n cách đi n và ghép l i v i nhau sao cho các lát c t song song v iắ ỏ ượ ơ ệ ạ ớ ắ ớ
chi u c a t tr ng. Dòng đi n Foucault do đó ch ch y trong t ng lá m ng. Vì t ng láề ủ ừ ườ ệ ỉ ạ ừ ỏ ừ
đ n l có kích th c nh , do đó có đi n tr l n, nên c ng đ dòng đi n Foucault trongơ ẻ ướ ỏ ệ ở ớ ườ ộ ệ
các lá đó b gi m đi nhi u so v i c ng đ dòng Foucault trong c kh i s t l n. Vì v y,ị ả ề ớ ườ ộ ả ố ắ ớ ậ
năng l ng đi n b hao phí cũng gi m đi. Đó là lý do t i sao các máy bi n th truy nượ ệ ị ả ạ ế ế ề
th ng th ng dùng các lõi tôn silic (s t silic) đ c cán m ng b i chúng cóố ườ ắ ượ ỏ ở đi n trệ ở
su tấ s làm gi m thi u t n hao do dòng Foucault; ho c các lõi bi n th hi n nay sẽ ả ể ổ ặ ế ế ệ ử
d ng cácụ v t li u t m mậ ệ ừ ề đ c bi t làặ ệ h p kimợ tinh thể nano có đi n tr su tệ ở ấ cao. Trong
k thu t cao t n và siêu cao t n, ng i ta b t bu c ph i s d ng lõi d n t là cácỹ ậ ầ ầ ườ ắ ộ ả ử ụ ẫ ừ v tậ
li u g m feritệ ố có đi n tr su t cao làm t n hao Foucault đ c gi m thi u.ệ ở ấ ổ ượ ả ể
L i íchợ
Dòng Foucault không ph i là ch có h i. Nó cũng đ c s d ng trong nhi u lĩnh v c,ả ỉ ạ ượ ử ụ ề ự
ch ng h n nhẳ ạ ư luy n kimệ, đ m t tr ngệ ừ ườ , phanh t tr ngừ ườ ... D i đây li t kê m t sướ ệ ộ ố
ng d ng:ứ ụ
Đ m t tr ngệ ừ ườ : Đ t m t v t d n trên m tặ ộ ậ ẫ ộ t tr ngừ ườ tăng d n t cao xu ng th p, khiầ ừ ố ấ
v t r i xu ng b iậ ơ ố ở tr ng l cọ ự s cóẽ t thôngừ qua nó tăng lên, t o dòng Foucault ph nạ ả
kháng l i s r i này. N u v t làm b ng ch tạ ự ơ ế ậ ằ ấ siêu d nẫ, có đi n trệ ở b ng không, t o raằ ạ
dòng đi n Foucault hoàn h o (ệ ả hi u ng Meissnerệ ứ ), sinh ra l c đi n ph n kháng đ l nự ệ ả ủ ớ
đ có th tri t tiêu hoàn toàn tr ng l c đ i kháng, cho phép t o raể ể ệ ọ ự ố ạ đ m t tr ngệ ừ ườ , nâng
v t n m cân b ng trên không trung. Đ m t có th đ c ng d ng đ nângậ ằ ằ ệ ừ ể ượ ứ ụ ể tàu cao t cố,
gi mả ma sát (do ma sát ch có gi a thân tàu và không khí), tăngỉ ữ v n t cậ ố chuy n đ ng c aể ộ ủ
tàu.
Luy n kimệ: Hi u ng đ c ng d ng trong cácệ ứ ượ ứ ụ lò đi n c m ngệ ả ứ , đ c bi t phù h p v iặ ệ ợ ớ
n u ch yấ ả kim lo iạ trong chân không đ tránh tác d ngể ụ hóa h cọ c aủ không khí xung
quanh. Ng i ta đ t kim lo i vào trong lò và rút không khí bên trong ra. Xung quanh lòườ ặ ạ
qu n dây đi n. Cho dòngấ ệ đi n xoay chi uệ ề có t n sầ ố cao ch y qua cu n dây đó. Dòngạ ộ
đi n này s t o ra trong lò m t t tr ng bi n đ i nhanh, làm xu t hi n dòng đi nệ ẽ ạ ộ ừ ườ ế ổ ấ ệ ệ
Foucault m nh và t a raạ ỏ nhi t l ngệ ượ r t l n đ đ n u ch y kim lo i. Cu n dây choấ ớ ủ ể ấ ả ạ ộ
dòng cao t n ch y qua th ng là cu n dây có d ng các ng r ng, s d ng n c làm mátầ ạ ườ ộ ạ ố ỗ ử ụ ướ
bên trong đ ng th i dòng đi n cao t n s ch d n trên l p v ngoài do hi u ng l pở ồ ờ ệ ầ ẽ ỉ ẫ ớ ỏ ệ ứ ớ
da.
B p tế ừ (hay b p đi n c m ngế ệ ả ứ ): b p t s d ng trongế ừ ử ụ n i trộ ợ cũng ho t đ ng theoạ ộ
nguyên t c t ng t . B p này t o ra, trong kho ng cách vàiắ ươ ự ế ạ ả milimét trên b m t b p,ề ặ ế
m t t tr ng bi n đ i. Đáy n i b ng kim lo i n m trong t tr ng này s nóng lên,ộ ừ ườ ế ổ ồ ằ ạ ằ ừ ườ ẽ
n u chín th c ăn. u đi m c a b p là t c đ đun n u nhanh, do gi m đ cấ ứ Ư ể ủ ế ố ộ ấ ả ượ nhi tệ
dung (không còn nhi t dung c a b p, ch có nhi t dung c a n i). Vi c đi u ch nhệ ủ ế ỉ ệ ủ ồ ệ ề ỉ nhi tệ
độ và các ch đ n u n ng cũng đ c th c hi n chính xác và d dàng h n. Tuy nhiênế ộ ấ ướ ượ ự ệ ễ ơ
b p có th có các hi u ng c m ng đi n t ch a đ c ki m ch ng đ i v iế ể ệ ứ ả ứ ệ ừ ư ượ ể ứ ố ớ s cứ
kh eỏ con ng i.ườ
Đ ng h đo đi nồ ồ ệ : Trong m t s lo i đ ng h đo đi n, ng i ta ng d ng dòng đi nộ ố ạ ồ ồ ệ ườ ứ ụ ệ
Foucault đ làm t t nhanhể ắ dao đ ngộ c a kim đ ng h . Ng i ta g n vào m t đ u c aủ ồ ồ ườ ắ ộ ầ ủ
kim m t đĩa kim lo i nh (b ngộ ạ ỏ ằ đ ngồ ho cặ nhôm), đ t đĩa này trongặ t tr ngừ ườ c aủ
m tộ nam châm vĩnh c uử. Khi kim chuy n đ ng, đĩa kim lo i cũng b chuy n đ ng theo.ể ộ ạ ị ể ộ
T thông qua đĩa thay đ i làm xu t hi n trong đĩa nh ng dòng đi n Foucault. Theoừ ổ ấ ệ ữ ệ đ nhị
lu t Lenzậ, dòng đi n Foucault t ng tác v i t tr ng c a nam châm gây raệ ươ ớ ừ ườ ủ l cự ch ngố
l i s chuy n đ ng c a đĩa. K t qu là dao đ ng c a kim b t t đi nhanh chóng.ạ ự ể ộ ủ ế ả ộ ủ ị ắ
Phanh (hay th ngắ hay thi t b gi m t cế ị ả ố ): Nh ng lo i phanh theo nguyên lý trên hi n nayữ ạ ệ
đ c dùng làm phanh hãm cho xe t i, c n tr c, tàu h a cao t c, hay th m chí xe đ y, xeượ ả ầ ụ ỏ ố ậ ẩ
đ p, ... Các bánh xe đ u có đĩa kim lo i. Khi c n gi mạ ề ạ ầ ả t c đố ộ, m t t tr ng m nhộ ừ ườ ạ
đ c đ a vào các đĩa này (ví d b ng cách di đ ng m t nam châm vĩnh c u ôm qua đĩa).ượ ư ụ ằ ộ ộ ử
L i đi m c a ph ng pháp phanh này là phanh không bao gi b hao mòn, gi m chi phíợ ể ủ ươ ờ ị ả
b o d ng. Đ ng th i vi c đi u ch nh l c gi m t c cũng có th đ c th c hi n chínhả ưỡ ồ ờ ệ ề ỉ ự ả ố ể ượ ự ệ
xác h n phanhơ ma sát thông th ng.ườ
Trong y tế: có m t li u pháp g i làộ ệ ọ g ng s c trên xe đ pắ ứ ạ (ergometry) s d ng dòng đi nử ụ ệ
Foucault đ xác đ nh b nh thi u máu c tim: Xe đ p có m t bánh b ng đ ng n m gi aể ị ệ ế ơ ạ ộ ằ ồ ằ ữ
hai c c c a m tự ủ ộ nam châm đi nệ, khi b nh nhân đ p xe t o ra m t dòng Foucault, sinh raệ ạ ạ ộ
m t l c c n đ c tính b ng Ws hay KGm. Ng i b nh ng i trên xe đ p, đ p v i cácộ ự ả ượ ằ ườ ệ ồ ạ ạ ớ
m c g ng s c tăng d n, m i l n th kéo dài t 3 đ n 5 phút, ghi l i đi n tâm đ vàứ ắ ứ ầ ỗ ầ ử ừ ế ạ ệ ồ
đo h s HAệ ố sau m i l t th (H là vi t t t c aỗ ượ ử ế ắ ủ hypokinesia nghĩa là gi m đ ng, A làả ộ
vi t t t c aế ắ ủ akinesia nghĩa là b t đ ng,ấ ộ dyskinesia nghĩa là lo n đ ng).ạ ộ
Máy phát đi nệ: Dòng Foucault ch y trong kim lo i chuy nạ ạ ể đ ng năngộ v t d nậ ẫ
thành năng l ngượ c a dòng đi n, do v y cũng đ c ng d ng làm máy phát đi n.ủ ệ ậ ượ ứ ụ ệ
Microphone: T ng t nh ho t đ ng c a máy phát đi n nêu trên, năng l ng c a rungươ ự ư ạ ộ ủ ệ ượ ủ
đ ngộ âm thanh có th đ c chuy n t i thành dòng đi n, mang theoể ượ ể ả ệ thông tin c a âmủ
thanh, dùng trong m t s microphone.ộ ố
Dò kim lo iạ: Dòng đi n Foucault còn đ c dùng đ tham dò ch t l ng các thi t b kimệ ượ ể ấ ượ ế ị
lo i, nhạ ư ng đ i nhi tố ổ ệ .