Hệ số tự cảm là gì? Ký hiệu, đơn vị, công thức tính

Hệ số tự cảm là đại lượng đặc biệt quan trọng của hiện tượng tự cảm trong cuộn dây cảm. Để hiểu rõ hơn về hệ số tự cảm là gì, cũng như đơn vị, ký hiệu, công thức tính như thế nào, mời bạn đọc cùng chúng tôi tham khảo ngay bài viết sau đây! 

Khái niệm hệ số tự cảm của cuộn dây là gì?

Hệ số tự cảm (tiếng Anh inductance coefficient) được định nghĩa là tỷ số giữa tự cảm của cuộn dây với số vòng quấn của nó. Ký hiệu của hệ số tự cảm là L/N, với L là tự cảm của cuộn dây, còn N là số vòng quấn.

Hệ số tự cảm còn được phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: Số vòng quấn, đường kính cuộn dây, khoảng cách giữa các vòng quấn, cùng yếu tố vật lý khác của cuộn dây. Đây là đại lượng cơ bản trong lý thuyết điện từ, được dùng để tính toán các thông số của mạch điện tử dùng cuộn dây cảm.

Đơn vị của hệ số tự cảm là henri trên mỗi vòng quấn (H/vòng). 

Ví dụ, nếu một cuộn dây có tự cảm là 1 henri với số vòng quấn là 10 => hệ số tự cảm của nó sẽ là 0,1 henri trên mỗi vòng quấn.

Để tính được tự cảm của một cuộn dây, ta áp dụng công thức sau đây:

L = (N${}^{}$ x μ x A) / l

Trong đó:

• L: là tự cảm của cuộn dây (henri)
• N: là số vòng quấn 
• μ: là độ dẫn từ (henri/mét)
• A: là diện tích của dây (m${}^{}$) 
• l: là chiều dài cuộn dây (m).

Công thức để tính độ tự cảm của ống dây

Ta có hệ số tự cảm công thức như sau:

L = μ₀ * μᵣ * (N / l)${}^{}$ * A

Trong đó:

• L: là độ tự cảm của ống dây (henri).
• μ₀: là độ dẫn từ của không khí, có giá trị xấp xỉ là 4π x 10${}^{}$ H/m.
• μᵣ: là hệ số độ dẫn từ của vật liệu dây (henri/mét).
• N: chính là số vòng quấn của ống dây.
• l: là chiều dài ống dây (đơn vị m).
• A: là diện tích tiết diện của ống dây (m${}^{}$).

Công thức này được áp dụng cho ống dây tròn, đồng đẳng và dài hơn so với đường kính của nó ở trong môi trường không khí hoặc môi trường không dẫn điện. Nếu ống dây không tròn hay quá ngắn so với đường kính của nó, hay không trong môi trường dẫn điện, công thức này không được áp dụng và cần dùng phương pháp tính khác.

Độ tự cảm của ống dây là đại lượng quan trọng khi thiết kế mạch điện tử và hệ thống truyền tải điện. Tính toán và kiểm soát độ tự cảm của các đường dây và ống dây rất cần thiết nhằm đảm bảo sự hoạt động ổn định, chính xác của hệ thống.

Xem thêm: Bản chất dòng điện trong các môi trường kim loại, khí, chân không

Công thức dùng để tính độ tự cảm lớp 12

Công thức tính độ tự cảm trong môn Vật lý lớp 12 tính như sau:

L = (μ₀ * μr * n${}^{}$ * S) / l

Trong đó: S là diện tích tiết diện của cuộn dây (m${}^{}$), còn các đại lượng khác như công thức trên.

Để tính được độ tự cảm của một cuộn dây, bạn cần biết giá trị độ dẫn từ của vật liệu dây (μr), số vòng quấn cuộn dây (n), diện tích tiết diện của cuộn dây (S) và chiều dài cuộn dây (l). 

Công thức này áp dụng cho cuộn dây có hình dạng đồng trục, dài hơn nhiều so với đường kính của nó. Nếu chúng có hình dạng khác hay quá ngắn so với đường kính thì bạn cần áp dụng phương pháp tính toán khác.

Công thức hệ số tự cảm L

Hệ số tự cảm của cuộn dây được tính bởi công thức sau:

L = (μ₀ * μr * N${}^{}$ * A) / l

Công thức này chỉ được áp dụng đối với dây cảm có hình dạng đồng trục, dài hơn so với đường kính của nó. Hệ số độ dẫn từ của vật liệu dây (μr) có thể tìm thấy ở bảng giá trị độ dẫn từ của vật liệu điện từ.

Hệ số tự cảm (L) dùng để tính những thông số khác của mạch điện tử, ngoài ra còn được dùng để tính toán thông số của cuộn dây cảm đơn lẻ, như số vòng quấn (N) hay diện tích tiết diện (A) của dây cảm.

Một số bài tập dùng để tính độ tự cảm của ống dây

Bài tập 1: Tính hệ số tự cảm của ống dây đồng có bán kính 2mm, chiều dài 50 cm, số vòng quấn bằng 100. Biết độ dẫn từ của đồng là 1,2566 x 10${}^{}$ H/m.

Hướng dẫn:

Diện tích tiết diện của ống dây: A = πr${}^{}$ = π(0.002)${}^{}$ = 1.2566 x 10${}^{}$ m${}^{}$.

Chiều dài ống dây: l = 0.5 m.

Số vòng quấn ống dây: N = 100.

Độ dẫn từ đồng: μr = 1.

Hệ số độ dẫn từ không khí: μ₀ = 4π x 10${}^{}$ H/m.

Áp dụng công thức ta có: L = μ₀ * μr * (N / l)${}^{}$ * A L = (4π x 10${}^{}$) * 1 * (100 / 0.5)${}^{}$ * 1.2566 x 10${}^{}$ L = 1.582 x 10${}^{}$ H

Vậy độ tự cảm của ống dây là 1.582 x 10${}^{}$ H.

Bài tập 2: Ống dây điện dài 50cm, bán kính bằng 1mm với số vòng quấn là 200. Hãy tính độ tự cảm của ống dây biết rằng độ dẫn từ của vật liệu dây là 0.05H/m.

Hướng dẫn:

Diện tích tiết diện ống dây: A = πr${}^{}$ = π(0.001)${}^{}$ = 7.8539 x 10${}^{}$ m${}^{}$.

Chiều dài ống dây: l = 0.5 m.

Số vòng quấn của ống dây là: N = 200.

Độ dẫn từ vật liệu dây: μr = 0.05.

Hệ số độ dẫn từ không khí: μ₀ = 4π x 10${}^{}$ H/m.

Áp dụng vào công thức tính độ tự cảm của ống dây, ta có: L = μ₀ * μr * (N / l)${}^{}$ * A L = (4π x 10${}^{}$) * 0.05 * (200 / 0.5)${}^{}$ * 7.8539 x 10${}^{}$ L = 2.47 x 10${}^{}$ H

Những chia sẻ chúng tôi mang đến trên đây đã giúp bạn đọc trả lời được cho câu hỏi hệ số tự cảm là gì cũng như những điều cơ bản về hệ số này. Từ đó để có thể áp dụng giải những bài tập liên quan.