Solenoid là gì | Hiểu bản chất

Solenoid là gì. Nhiều chia sẻ đang cho rằng đó là solenoid valve, nhưng thực tế thì van điện từ chỉ là một ứng dụng thường thấy của solenoid và chúng ta nên hiểu tường tận vấn đề để không bị nhầm lẫn

1. Solenoid là gì

Solenoid là một dụng cụ được tạo ra bởi nhiều vòng dây dẫn điện quấn theo dạng hình trụ. Khi cho dòng điện chạy qua dây thì sẽ xuất hiện từ trường khá đều trong lòng ống.

2. Thành phần tạo nên solenoid là gì

Cuộn dây và lõi sắt chuyển động thường được gọi là cốt thép

• Ống thép
• Cuộn dây
• Dòng điện

3. Cách thức hoạt động của solenoid

Khi dòng điện bắt đầu chạy qua dây, solenoid tạo ra từ trường bên trong lõi sắt. Từ trường này được tạo ra phụ thuộc vào số vòng của cuộn dây. Nếu có lõi thép (trục) bên trong ống solenoid, thì khi cuộn dây của solenoid được cấp điện bằng dòng điện, lực từ trường sẽ tác động lên lõi làm cho lõi di chuyển theo chiều của lực từ trường do solenoid tạo ra

4. Cường độ từ trường của solenoid phụ thuộc những gì

Cường độ từ trường sinh ra phụ thuộc vào đặc tính của các bộ phận và yếu tố tạo nên solenoid, bao gồm:

• Cường độ dòng điện đi qua dây: Cường độ dòng điện càng lớn thì solenoid càng tạo ra từ trường có cường độ cao
• Số vòng dây trên một đơn vị đo chiều dài của ống dây: Số vòng của cuộn dây càng nhiều, từ trường được tạo ra bên trong dây càng lớn.

5. Công thức tính cường độ và lực tác dụng do solenoid tạo ra

Có nhiều người đặt câu hỏi rằng, lực cơ học do điện từ trường sinh ra có phụ thuộc vào số vòng dây điện quấn trên trục ống solenoid không. Lực tác động lên lõi thép (trục thép) nằm trong ống solenoid có phụ thuộc vào kích cỡ ống và chiều dài đoạn ống không. Hãy tiếp tục đọc phần giải thích phía dưới

5.1 Cường độ từ trường của solenoid

Một solenoid với ống hình trụ (chiều dài ống lớn hơn rất nhiều so với đường kính của ống) được quấn bởi nhiều vòng dây và dây mang dòng điện. Sẽ tạo ra từ trường đồng nhất ở bên trong lòng nó với cường độ:

B = 4 π 10^-7.n.l (T)

Trong đó:

• T là đơn vị đo cường độ cảm ứng từ trong hệ SI từ năm 1960, đặt tên theo nhà bác học Nikola Tesla.
• π = 3.142
• n là số vòng dây quấn trên 1M (một mét) ống
• I là ampe – Cường độ dòng điện

Qua công thức trên chúng ta thấy rằng cường độ từ trường của solenoid không phụ thuộc vào kích cỡ và chiều dài của ống

5.2 Lực tác động do solenoid tạo nên

Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, sẽ xuất hiện một từ trường, lực từ trường của solenoid được tính theo định luật lực Lorentz

F = (B x I x L)² x μ₀

Trong đó:

• F là lực điện từ (tính bằng newton).
• B là cường độ từ trường (tính bằng tesla).
• I là cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây (tính bằng ampe).
• L là chiều dài của cuộn dây điện từ (tính bằng mét).
• µ₀ là độ từ thẩm của không gian tự do (khoảng 4π × 10 -7 Tm/A).

Qua công thức trên chúng ta thấy rằng, lực tác động sẽ không phụ thuộc vào đường kính ống solenoid mà phụ thuộc vào chiều dài của ống.

6. Chiều của dòng từ trường trong solenoid

Solenoid đơn giản là một sự sắp xếp dây và được gọi là solenoid khi dây cách điện được quấn theo kiểu hình trụ. Các vòng tròn của dây vuông góc với trục của hình trụ, dây được quấn giống như lò xo. Khi dòng điện chạy qua một dây như vậy, solenoid hoạt động như một nam châm

Nếu chúng ta giữ ống điện từ sao cho chúng ta có thể nhìn xuyên qua nó (giống như kính thiên văn)và dòng điện trong dây, khi đó chúng ta xác định chiều của dòng từ trường như sau

• Nếu dong điện đi theo chiều kim đồng hồ, tức từ trường của solenoid đi từ mặt chúng ta đi ra
• Nêu dòng điện đi ngược chiều kim đồng hồ, tức từ trường của solenoid đang đi về phía mặt chúng ta

7. Ai là người phát minh ra solenoid

Cho đến nay, chúng tôi chưa tìm được tài liệu nào xác thực rằng ai phát minh ra solenoid, nhưng có thể có người được cấp bằng sáng chế cho một thiết kế, mục đích hoặc chức năng cụ thể.

8. Lịch sử phát triển ống solenoid

Phát minh ra van điện từ thường được cho là công trình của một số nhà phát minh theo thời gian. Nhưng một nhân vật chủ chốt vẫn được nhắc đến là Joseph Henry, một nhà khoa học người Mỹ đã tiến hành nghiên cứu quan trọng về điện từ vào thế kỷ 19. Mặc dù ông không phát minh ra van điện từ cụ thể, nhưng những khám phá của ông đã đặt nền tảng cho sự phát triển của các thiết bị điện từ, bao gồm cả van điện từ.

Thực tế van điện từ đầu tiên được phát triển vào đầu thế kỷ 20, với nhiều nhà phát minh đóng góp vào thiết kế và chức năng của nó. Dòng thời gian chính xác và công lao có thể không rõ ràng, vì những cải tiến trong lĩnh vực này phát triển thông qua nỗ lực hợp tác chứ không phải là công trình của một nhà phát minh duy nhất.

Van điện từ ODE là một trong những nhà sản xuất van ứng dụng nguyên lý này trong hầu hết các sản phẩm của mình

9. Các ứng dụng phổ biến của solenoid

Có vô số ứng dụng từ solenoid, vì bất kỳ thiết bị nào cần lực để tạo ra chuyển động cơ học đều có thể được tạo ra bằng cách sử dụng solenoid. Chúng ta sử dụng solenoid hàng ngày, nhưng nhiều khi không hề nhận ra. Solenoid có kích thước và công suất khác nhau, khiến chúng phù hợp với vô số ứng dụng.

9.1  Solenoid mạnh mẽ bao gồm nhiều cuộn dây

Tạo ra từ trường mạnh và có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy móc lớn.

9.2 Solenoid nhỏ hơn, công suất thấp

Với các solenoid tạo lực từ trường với công suất nhỏ, thường được sử dụng cho các chức năng nhỏ hơn trong dân dụng và đời sông, một số ứng dụng phổ biến của solenoid công suất nhỏ

• Van điều khiển cơ học hoặc chất lỏng
• Thiết bị khởi động xe ô tô
• Bấm chuông cửa nhà
• Cơ chế của các khóa cửa
• Súng bắn đinh
• Điều khiển điều hòa không khí bên trong xe
• Cung cấp năng lượng cho hệ thống tín hiệu trong ngành đường sắt