Từ trường Trái Đất

Minh họa từ trường Trái Đất với nguồn coi như một nam châm khổng lồ. Cực Bắc địa lý nằm phía trên hình vẽ. Cực từ Nam nằm sâu bên dưới lòng đất và cùng phía với cực Bắc từ của Trái Đất.

Các nhà khoa học và địa lý cho rằng từ trường Trái Đất là do những dòng đối lưu của lớp chất lỏng nóng chảy bên ngoài lõi Trái Đất. Lý thuyết Dynamo đề xuất những dòng này tương tự như dòng điện, và vì vậy sinh ra từ trường.[33]

Do có mặt từ trường nên mọi kim la bàn đều chỉ về cực Bắc từ Trái Đất, điểm này hiện nay nằm gần với cực Bắc địa lý của Trái Đất. Đây cách định nghĩa truyền thống về cực Bắc của nam châm, mặc dù cũng có những định nghĩa tương đương khác.

Có một vài nhầm lẫn từ cách định nghĩa này, nếu coi Trái Đất như một nam châm khổng lồ, cực Nam của nam châm sẽ nằm gần cực Bắc từ của Trái Đất, và ngược lại. Gọi là cực Bắc từ do sự phân cực của trường tại vị trí địa lý (cực Bắc địa lý). Cực Bắc và cực Nam của một nam châm vĩnh cửu được gọi như thế do các cực có xu hướng tương ứng chỉ về phía bắc và phía nam.[34][35]

Hình ảnh bên cạnh phác họa các đường sức từ của Trái Đất. Trong mọi vị trí, từ trường có thành phần lên/xuống cùng với thành phần Bắc/Nam thể hiện lớn nhất. (Cũng có thành phần Đông/Tây; các cực từ Trái Đất không trùng với các cực địa lý.) Và từ trường có thể minh họa bằng thanh nam châm lớn chôn sâu dưới lòng đất.

Từ trường Trái Đất có độ lớn thay đổi và vị trí của các cực địa từ cũng thay đổi theo thời gian dài. Hơn nữa, các nhà khoa học đã ghi lại được những lần đảo cực địa từ của Trái Đất. Lần đảo cực từ gần đây nhất cách khoảng 780.000 năm.

Từ trường quay

Từ trường quay là nguyên lý quan trọng trong hoạt động của động cơ điện xoay chiều. Một nam châm vĩnh cửu đặt trong từ trường quay sẽ luôn có xu hướng duy trì sự gióng hàng của nó trong từ trường ngoài.

Bằng cách sử dụng hai cuộn dây đặt vuông góc với nhau và dòng xoay chiều chạy trong chúng lệch pha 90 độ chúng ta có thể tạo ra từ trường quay. Tuy nhiên, trong các hệ thống điện cũng như động cơ người ta thường sử dụng ba cuộn dây bố trí thành hệ sao 120 độ với ba dòng xoay chiều lệch pha nhau.

Để thực hiện chuẩn hóa, các nhà cung cấp điện sử dụng hệ thống điện ba pha với ba dòng điện có độ lớn bằng nhau và mỗi dòng lệch pha 120 độ. Và ba cuộn dây trong cấu hính hệ sao 120 độ sẽ sinh ra từ trường quay. Từ trường quay ba pha được áp dụng phổ biến trong động cơ điện và hệ thống lưới điện.

Bởi vì từ tính của nam châm giảm theo thời gian, động cơ đồng bộ sử dụng dòng một chiều làm quay rotor, và cho phép các motor cảm ứng sử dụng rotor điện (thay cho nam châm vĩnh cửu) tạo ra từ trường quay từ nhiều cuộn dây stator. Trong các cuộn dây của rotor xuất hiện dòng điện Foucault khi có từ trường quay của stator, và những dòng này làm quay rotor bởi lực Lorentz.

Minh họa hiệu ứng Hall.

Năm 1882, Nikola Tesla phát hiện ra khái niệm từ trường quay. Năm 1885, Galileo Ferraris đã nêu ra khái niệm này một cách độc lập. Năm 1888, Tesla đăng ký Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 381.968 cho nghiên cứu của ông. Cũng vào năm 1888, Ferraris công bố nghiên cứu của mình trong tờ Royal Academy of Sciences ở Turin.

Hiệu ứng Hall

Khi áp dụng một từ trường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua. Lúc đó ta nhận được hiệu điện thế (hiệu thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall. Tỷ số giữa hiệu thế Hall và dòng điện chạy qua thanh Hall gọi là điện trở Hall, đặc trưng cho vật liệu làm nên thanh Hall. Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng Hall.

Hiệu ứng Hall thường dùng để đo độ lớn của từ trường cũng như để xác định dấu của dòng điện tích trong vật liệu như bán dẫn (electron âm hay lỗ dương).