Tổng quát về Từ trường
Từ trường là trường vectơ mô tả ảnh hưởng từ của điện tích trong chuyển động tương đối và vật liệu từ hóa. Tác động của từ trường thường thấy trong các nam châm vĩnh cửu, nó hút các vật liệu từ tính (như sắt) và thu hút hoặc đẩy lùi các nam châm khác. Từ trường được tạo ra bởi vật liệu từ hóa, nó bao quanh quanh chúng hoặc được tạo ra bằng cách di chuyển các điện tích (dòng điện), như điện từ được sử dụng trong nam châm điện.
Từ trường được sử dụng rộng rãi trong công nghệ hiện đại, đặc biệt là trong kỹ thuật điện và cơ điện. Động cơ điện và máy phát điện, được phát triển dựa trên việc ứng dụng từ trường quay. Trái đất tạo ra từ trường riêng, che chắn tầng ozone của chúng ta khỏi gió mặt trời và nó rất quan trọng trong việc điều hướng bằng la bàn.
Từ trường một nam châm hình trụ
Một số ứng dụng của từ trường hiện nay
Tàu cao tốc MagLev (Magnetic Levitation)
Tàu cao tốc hoạt động dựa trên công nghệ từ trường
Trong thế kỷ 21, có một vài quốc gia sử dụng nam châm điện cực mạnh để phát triển tàu cao tốc, được gọi là tàu MagLev. Những đoàn tàu này lướt trên đường ray sử dụng các nguyên tắc cơ bản của từ trường để thay thế cho bánh xe thép cũ. Không có ma sát có nghĩa là những tàu có thể đạt tốc độ hàng một trăm Km mỗi giờ.
Tốc độ cao chỉ là một lợi ích chính của tàu MagLev. Bởi vì các đoàn tàu hiếm khi chạm vào đường ray, nên tàu có tiếng ồn và độ rung thấp hơn nhiều so với các đoàn tàu rung chuyển mặt đất thông thường. Ít rung động và ma sát dẫn đến ít bị sự cố liên quan tới cơ học hơn, và nó cũng làm tàu MagLev ít bị chậm trễ do ảnh hưởng của yếu tố thời tiết.
Cơ chế hoạt động của tàu đệm từ trường
Ổ cứng máy tính
Một ổ cứng sử dụng công nghệ từ trường
Ổ cứng là một phần quan trọng của bất kỳ hệ thống máy tính nào và từ trường chính là chìa khóa đằng sau cách chúng hoạt động. Ổ đĩa cứng sử dụng các đĩa (platter) làm bằng vật liệu từ tính, để lưu trữ thông tin.
Một nam châm điện trong đầu đọc/ghi sẽ ghi thông tin vào đĩa bằng cách từ hóa các phần nhỏ của đĩa (được gọi là sector) theo hướng này hay hướng khác để chỉ ra 1 hoặc 0. Đầu đọc/ghi cũng phát hiện hướng của các sector khi đọc thông tin từ đĩa. Trước đây, các khu vực trên đĩa được từ hóa song song với bề mặt của đĩa. Phương pháp này được gọi là ghi theo chiều dọc (Longitudinal recording).
Tuy nhiên, một bước đột phá đã được thực hiện bằng cách từ hóa các đĩa vuông góc, cho phép lưu trữ nhiều thông tin hơn trong cùng một không gian vật lý. Phương pháp mới này, được gọi là ghi vuông góc (Perpendicular Recording), cho phép dung lượng ổ cứng tăng lên rất nhiều.
Hai cách ghi đĩa dựa vào công nghệ từ trường
Chụp cộng hưởng từ MRI trong y học
Máy chụp MRI và ảnh chụp sử dụng công nghê từ trường
Chụp cộng hưởng từ MRI (Magnetic Resonance Imaging) là một ví dụ về việc từ trường đang được áp dụng trong lĩnh vực y tế. Công nghệ này là một loại hình ảnh y tế sử dụng từ tính và tỷ lệ lớn nước trong cơ thể người để tạo ra hình ảnh chi tiết về mô và cấu trúc cơ thể người. Hình ảnh MRI có độ tương phản cao và cho phép các bác sĩ kiểm tra các loại mô khác nhau trong một vùng của cơ thể dễ dàng và chính xác hơn.
Các máy MRI đặt bệnh nhân vào giữa một ống hình trụ dài được bao quanh bởi các từ trường vĩnh cửu lớn, mạnh mẽ, nam châm điện và đôi khi là các nam châm siêu dẫn, cùng với nhiều cuộn dây.
Khi cơ thể bệnh nhân đã nằm trong máy, các phân tử nước (cụ thể là các nguyên tử hydro) bên trong cơ thể sẽ được từ hóa theo cùng một hướng bởi một từ trường lớn. Sau đó, một xung tần số vô tuyến được hướng vào vùng cụ thể của cơ thể để kiểm tra. Các loại mô cơ thể khác nhau đáp ứng với tần số khác nhau. Tần số vô tuyến cung cấp năng lượng cho các nguyên tử hydro của một mô cụ thể và khiến chúng bị mất liên kết với phần còn lại của các nguyên tử hydro trong cơ thể. Khi tần số vô tuyến bị loại bỏ, các nguyên tử hydro bị xáo trộn sẽ dần trở lại trạng thái từ hóa. Khi nó trở lại từ trường của máy, nó giải phóng năng lượng đã nhận được từ tần số vô tuyến. Các cuộn dây trong máy phát hiện năng lượng được giải phóng và một hình ảnh được hình thành từ các chùm năng lượng được phát hiện.
Ảnh minh họa nguyên lý hoạt động
Nguồn ảnh: Internet