Máy chụp cộng hưởng từ MRI (Magnetic Resonance Imaging) là một trong những thiết bị hỗ trợ chẩn đoán

Sách bài tập Vật Lí 12 Bài 10: Lực từ. Cảm ứng từ - Chân trời sáng tạo

Bài 10.8 (VD) trang 40 Sách bài tập Vật Lí 12: Máy chụp cộng hưởng từ MRI (Magnetic Resonance Imaging) là một trong những thiết bị hỗ trợ chẩn đoán hình ảnh những cơ quan bên trong cơ thể một cách chi tiết (Hình 10.4). Máy MRI có mức độ an toàn cao do không sử dụng các tia bức xạ như tia X. Máy MRI sử dụng một từ trường mạnh để tạo ra hình ảnh chất lượng cao của cấu trúc bên trong cơ thể như não, xương, cơ và các mô khác.

Một máy MRI sử dụng từ trường có độ lớn cảm ứng từ là 1,5 T, có chiều dài khoảng 1,4 m và có đường kính 2,5 m. Giả sử ta mô hình hoá máy MRI hoạt động như một cuộn dây dẫn mang dòng điện.

a) Hãy ước lượng số vòng dây cần thiết để tạo ra một từ trường có độ lớn cảm ứng từ 1,5 T bên trong máy. Xem mỗi vòng dây có dòng điện với cường độ 100 A chạy qua.

b) Xác định điện trở của cuộn dây này. Biết rằng đối với dòng điện có cường độ 100 A, kích thước dây điển hình thường được sử dụng đối với chất liệu đồng là loại dây có chỉ số 2 AWG (chỉ số AWG – American Wire Gauge: chỉ số dùng để mô tả kích cỡ dây dẫn theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ) với đường kính tiết diện tròn khoảng 6,54 mm và điện trở suất 1,69.10^-8 $\Omega$.m.

c) Xác định nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn này khi máy MRI làm việc một lần trong khoảng 30 phút (thời gian làm việc của máy còn tuỳ thuộc vào bộ phận cơ thể được chụp và số lượng hình ảnh cần thiết) và chi phí cần phải chi trả do hao phí năng lượng xuất hiện trên dây dẫn, biết rằng chi phí có giá trung bình khoảng 1 600 đồng/kW.h. Tìm hiểu về tính khả thi khi sử dụng mô hình xem máy MRI hoạt động như một cuộn dây dẫn mang dòng điện.

Lời giải:

a) Số vòng dây mang dòng điện 100 A để tạo ra một từ trường cần thiết bên trong máy MRI xác định bởi biểu thức:

$\mathrm{B}=4\mathrm{\pi }\cdot {10}^{-7}\frac{\mathrm{NI}}{\mathrm{L}}\Rightarrow \mathrm{N}=\frac{\mathrm{BL}}{4\mathrm{\pi }\cdot {10}^{-7}\mathrm{I}}=\frac{1,5\cdot 1,4}{4\mathrm{\pi }\cdot {10}^{-7}\cdot 100}\approx 16711$ vòng

b) Điện trở của cuộn dây dẫn điện xác định bởi biểu thức:

$\mathrm{R}=\mathrm{\rho }\frac{\mathrm{l}}{\mathrm{S}}=\frac{\mathrm{\rho N\pi d}}{\mathrm{\pi }{\left(\frac{{\mathrm{d}}_0}{2}\right)}^2}=\frac{4\mathrm{\rho Nd}}{{\mathrm{d}}_0^2}=\frac{4\cdot 1,69\cdot {10}^{-8}\cdot 16711\cdot 2,5}{{\left(6,54\cdot {10}^{-3}\right)}^2}\approx 66,03\mathrm{\Omega }$

c) Công suất toả nhiệt của dây dẫn:

Nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn khi máy MRI làm việc trong 30 phút:

Chi phí cần phải chi trả do nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn này khi máy MRI làm việc một lần trong 30 phút là: 330,15.1 600 = 528 240 đồng.

Nhận xét: Công suất toả nhiệt trên dây dẫn theo mô hình này là quá lớn và không có ý nghĩa thực tiễn trong việc chế tạo. Trên thực tế, trong máy MRI, từ trường được tạo ra bởi nam châm siêu dẫn – một loại nam châm đặc biệt được làm từ vật liệu siêu dẫn, vật liệu này có đặc tính là có điện trở rất nhỏ khi được làm lạnh xuống gần độ không tuyệt đối – khoảng 10 K và cần được giữ ở nhiệt độ cực thấp để duy trì đặc tính siêu dẫn của nó.

Lời giải SBT Vật Lí 12 Bài 10: Lực từ. Cảm ứng từ hay khác:

• Câu 10.1 (B) trang 37 Sách bài tập Vật Lí 12: Trong hệ SI, đơn vị đo độ lớn cảm ứng từ là ....

• Câu 10.2 (B) trang 37 Sách bài tập Vật Lí 12: Chọn cụm từ và công thức phù hợp để điền vào chỗ trống ....

• Câu 10.3 (B) trang 38 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho các phát biểu sau đây: (1) Từ trường có thể tác dụng lực từ lên ....

• Câu 10.4 (H) trang 38 Sách bài tập Vật Lí 12: Chỉ ra phát biểu đúng khi nói về kim la bà ....

• Câu 10.5 (H) trang 38 Sách bài tập Vật Lí 12: Xét một dây dẫn thẳng dài vô hạn có dòng điện cường độ I chạy qua ....

• Câu 10.6 (VD) trang 39 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt song song cách nhau một đoạn bằng 32 cm ....

• Bài 10.1 (B) trang 39 Sách bài tập Vật Lí 12: Một khung dây hình tròn bán kính 4 cm có dòng điện với cường độ 0,2 A chạy qua ....

• Bài 10.2 (B) trang 39 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho dây dẫn thẳng dài vô hạn có cường độ dòng điện 0,5 A chạy qua ....

• Bài 10.3 (B) trang 39 Sách bài tập Vật Lí 12: Một ống dây hình trụ được quấn bằng dây đồng có đường kính tiết diện 0,5 mm ....

• Bài 10.4 (H) trang 39 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 20 cm mang dòng điện có cường độ 50 mA ....

• Bài 10.5 (H) trang 39 Sách bài tập Vật Lí 12: Xác định hướng của lực từ tác dụng lên các đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua ....

• Bài 10.6 (H) trang 40 Sách bài tập Vật Lí 12: Động cơ điện là thiết bị có thể chuyển hoá năng lượng điện thành cơ năng....

• Bài 10.7 (H) trang 40 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đường dây tải điện thẳng dài 42 m có dòng điện với cường độ 150 A ....

• Bài 10.9 (VD) trang 42 Sách bài tập Vật Lí 12: Loa là một thiết bị có nhiệm vụ phát ra âm thanh bằng cách chuyển tín hiệu ....

Xem thêm các bài giải sách bài tập Vật Lí lớp 12 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

• SBT Vật Lí 12 Bài 11: Thực hành đo độ lớn cảm ứng từ

• SBT Vật Lí 12 Bài 12: Hiện tượng cảm ứng điện từ

• SBT Vật Lí 12 Bài 13: Đại cương về dòng điện xoay chiều

• SBT Vật Lí 12 Bài 14: Hạt nhân và mô hình nguyên tử

• SBT Vật Lí 12 Bài 15: Năng lượng liên kết hạt nhân

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 12 hay khác:

• Giải sgk Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo
• Giải Chuyên đề Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo
• Giải SBT Vật Lí 12 Chân trời sáng tạo
• Giải lớp 12 Chân trời sáng tạo (các môn học)
• Giải lớp 12 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 12 Cánh diều (các môn học)

---