Tính chất từ của chất rắn

Tính chất từ của chất rắn

Baøi 8 Tính chất từcủa các nguyên tử Mô-men từquỹ đạo của điện tửp m trong nguyên tử. Mô-men từspin của điện tửtrong nguyên tử Mô-men từspin của hạt nhân nguyên tử Mô-men từtổng cộng của nguyên tửP J thành phần chiếu của mô-men từcủa nguyên tử lên phương của từtrường ngoài P JB . Có( 2J + 1 ) cách sắp xếp của mô-men từcủa nguyên tửtrong từtrường ngoài Magneton Bohr µ B . Thừa sốLandég m p ϖ Mô-men từcủa nguyên tử Ba nguồn chính cho mô-men từcủa một nguyên tửđộc lập:  spin của electron  mô-men động lượng quỹ đạo của electron quay quanh hạt nhân  Sựthay đổi mô-men quỹ đạo trong từtrường ngoài. Các nguyên tửcócác lớp vỏđầy electron không cómômen từ tổng cộng Các khítrơ He, Ne, Ar, … Các phân tửkhí H 2 , N 2 , … Một sốchất rắn liên kết ion NaCl, … Một sốchất rắn đồng hóa trò C, Si, Ge, … Xét một chất cóthểtích V chứa N nguyên tử. Khi chưa cótừ trường ngoài, mô-men từtổng cộng bằng trong đó làmô-men từcủa nguyên tửcóZ electron và làmô-men từcủa electron chuyển động trên quỹ đạo. ∑ = = Z 1j mjm pP ρ ρ Sip m ρ ρ = I. Mô I. Mô - - men t men t ừ ừ cu cu û û a cha a cha á á t ra t ra é é n n ∑ = N 1k mk P ρ M = m p ϖ Đặt chất rắn vào trong một từtrường ngoài.  Từtrường ngoài cóthểmô tảbởi vec-tơ cảm ứng từhoặc cường độtừtrường . Trong chân không, giữa hai vec-tơ này có hệthức HB oo ρ ρ µ = µ o = 4π.10 -7 T.m/A.  Từtrường ngoài cótác dụng : * làm đònh hướng các mô-men từcủa các nguyên tử P mk dọc theo phương của từtrường ngoài hoặc * làm xuất hiện mô-men từcảm ứng ( nếu mô-men từcủa các nguyên tửbằng 0 khi không cótừtrường ngoài). Mô-men từtổng cộng tăng : Vật chất bò từhóa vàcómô- men từ M dọc theo phương của từtrường ngoài . II. Cha II. Cha á á t ra t ra é é n trong t n trong t ừ ừ tr tr ư ư ơ ơ ø ø ng ngoa ng ngoa ø ø i B i B o o . S . S ự ự t t ừ ừ ho ho ù ù a a Đểđặc trưng cho trạng thái từhóa của vật chất trong từtrường ngoài, đònh nghóa vectơ độtừhóa V M J m ρ ρ = Do cósựtừhóa, bên trong chất rắn xuất hiện từtrường nội B i Từtrường nội do sựxuất hiện mô-men từtổng cộng của các nguyên tử khi có B o hoặc do sự đònh hướng lại của các mômen từnguyên tửtrong B o . moi JB ρ ρ µ = Khi đótừtrường tổng cộng trong vật liệu io BBB ρ ρ ρ += moomoo JHJBB ρ ρ ρ ρ ρ µµµ +=+= HB ro ρ ρ µµ = )1( H J HJHH m omooro ρ ρ ρ ρ ρ ρ +=+= µµµµµ χµ +=+= 11 H J m r ρ ρ H J m ρ ρ = χ được gọi là độcảm từ ( magnetic susceptibility ) . r và χ làcác đại lượng không cóthứnguyên. Dựa trên phạm vi vàbản chất tương tác giữa các electron trong chất rắn vàtừtrường ngoài, người ta phân chất rắn thành 5 lớp : Ba lớp - thuận từ, nghòch từvàphản sắt từ - gần như không chòu ảnh hưởng của từtrường ngoài, có |χ| << 1. Hai lớp -sắt từvàferri-từ -tác dụng rất mạnh với từ trường ngoài, có |χ| >>1. χ < 0 vànhỏ: chất nghòch từ χ > 0 vànhỏ: chất thuận từ χ > 0 vàlớn : chất sắt từ Phân biệt chất nghòch từ, thuận từvàsắt từtheo dấu vàđộlớn của Chất nghòch từ Chất thuận từ Chất sắt từ Giátrò điển hình của χ m ≈ -10 -5 ≈ 10 -5 χ m >> 1 Giátrò điển hình của µ r ≈1 ≈1 µ r >> 1 Nghòch t ừ Phản sắt từ Độcảm từ, Siêu dẫn Thuận từ Sắt từ [...]...Thuận từ Phản sắt từ Sắt từ Feri từ Tính chất từ của các nguyên tố Sắt từ : Fe , Co, Ni Thuận từ Nghòch từ Nguyên tử số Tính chất từ của các nguyên tố Tính chất từ của các nguyên tố Độ cảm từ susceptibilities Chất sắt từ Vật liệu Thuận từ Oxid sắt (FeO) Iron amonium alum Uranium Platinum Tungsten Cesium Aluminum Lithium... cực từ đònh hướng theo từ trường Năng lượng của hệ sẽ thấp nhất khi tất cả các mômen từ đều đònh hướng theo từ trường ngoài Từ trường ngoài có xu hướng hướng các lưỡng cực từ theo chiều của từ trường Trên thực tế, do chuyển động nhiệt của các nguyên tử, bao giờ cũng có một số lưỡng cực bò lệch khỏi chiều của từ trường Mô-men từ tổng cộng của chất rắn bằng tổng các thành phần chiếu của mô-men từ của. .. tử lên chiều của từ trường ngoài : M = Pm1B + Pm2B + …… + PmNB = NPmB trong đó thành phần chiếu lên từ trường bằng PmB = Pm.cosθ Bài toán tính độ từ hóa của chất rắn dẫn đến việc tính giá trò trung bình của mô-men từ tổng cộng của các nguyên tử dọc theo phương của từ trường ngoài PmB khi có sự cân bằng giữa tác dụng đònh hướng của từ trường sự phá vỡ sự đònh hướng đó do chuyển động nhiệt của các nguyên... của nguyên tử đều có đôi sẽ không có từ trường tổng cộng Khi đặt vật liệu đó vào trong từ trường , nó bò đẩy Tất cả các chất đều thể hiện tính nghòch từ ở một mức độ nào đó Tuy nhiên hiện tượng này trong nhiều vật liệu thường bò che lấp bởi các tính chất từ khác 2) Nghòch từ của gốc nguyên tử Hiện tượng nghòch từ xuất hiện do sự thay đổi của chuyển động quỹ đạo của các electron dưới tác dụng của từ. .. một chất chứa các nguyên tử như vậy được đặt vào trong từ trường ngoài , trường của các nguyên tử được đònh hướng theo từ trường ngoài 2) Thuận từ của các gốc nguyên tử 1 Lý thuyết thuận từ cổ điển của Langevin •Cơ sở lý thuyết Các nguyên tử của chất thuận từ có mô-men từ Pm không đổi ( được xem là các lưỡng cực từ không đổi) •Tương tác giữa các lưỡng từ đó rất yếu, có thể bỏ qua Lưỡng cực từ trong từ. .. χ= T Vật liệu thuận từ * từ trường ngoài mạnh và nhiệt độ thấp : đường phụ thuộc của Bi vào Bo tiệm cận đến giá trò bão hòa Bs Đường cong từ hóa của chất thuận từ Khác với các chất nghòch từ, các chất thuận từ thường là các chất hoặc hợp chất có các electron chưa có đôi Nhiều hợp chất chứa sắt, palladium, platinum, và các nguyên tố đất hiếm có các electron không có đôi tạo ra một từ trường nhỏ nào đó... từ không phụ thuộc nhiệt độ và từ trường H và tỷ lệ với số electron Z có trong một nguyên tử Chất siêu dẫn là chất nghòch từ lý tưởng : χ = -1 •Hiệu ứng Meissner IV- Hiện tượng thuận từ ng 1) Một số tính chất của chất thuận từ * χ dương và nhỏ * từ trường ngoài yếu và nhiệt độ cao : Bi phụ thuộc tuyến tính vào Bo Jm(emu/cm3) Jm Thuận từ Nghòch từ H (Oe) Vật liệu thuận từ * χ phụ thuộc nhiệt độ : Đònh... Mọi chất đều có hiện tượng nghòch từ nhưng thường bò che lấp bởi các hiện tượng thuận từ hay sắt từ mạnh hơn Vì vậy, hiện tượng nghòch từ thường được phát hiện trong các chất có mô-men từ của nguyên tử bằng 0 1 Sự tiến động của quỹ đạo electron trong từ trường ngoài · khi không có từ trường ngoài, electron chuyển động trên quỹ đạo dưới tác dụng của lực hướng tâm Fht = m 2 vo r = 2 mωo r · Trong từ trường... Thuận từ Nghòch từ H (Oe) Các nguyên tử trong chất nghòch từ không có mô-men lưỡng cực từ vónh cửu Tính nghòch từ là đặc trưng cho các nguyên tố và hợp chất trong đó tất cả các electron của chúng đều có đôi Nếu chỉ có 1 electron trên quỹ đạo, chuyển động của nó gây ra dòng điện kín và do đó tạo ra một từ trường Khi 2 electrons có đôi với spin ngược nhau : từ trường sinh ra bởi 1 electron bò triệt bởi từ. .. electron của một nguyên tử Trước hết, tính mô-men từ trung bình pm của một electron trong trường hợp đang xét Dưới tác dụng của từ trường, chuyển động tiến độngï nói trên dẫn đến dòng điện kín 2 ωL e i = − eν L = − e =− Bo 2π 4πm Dòng này sinh ra mô-men từ 2 e S pm = iS = − Bo 4πm trong đó S là diện tích của vòng tiến động của electron quanh từ trường S = π r2 = π ( x2 + y2 ) Mô-men từ trung bình của electron . vànhỏ: chất nghòch từ χ > 0 vànhỏ: chất thuận từ χ > 0 vàlớn : chất sắt từ Phân biệt chất nghòch từ, thuận từvàsắt từtheo dấu vàđộlớn của Chất nghòch từ Chất thuận từ Chất sắt từ Giátrò. thái từhóa của vật chất trong từtrường ngoài, đònh nghóa vectơ độtừhóa V M J m ρ ρ = Do cósựtừhóa, bên trong chất rắn xuất hiện từtrường nội B i Từtrường nội do sựxuất hiện mô-men từtổng cộng của. Baøi 8 Tính chất t của các nguyên tử Mô-men từquỹ đạo của điện tửp m trong nguyên tử. Mô-men từspin của điện tửtrong nguyên tử Mô-men từspin của hạt nhân nguyên tử Mô-men từtổng cộng của nguyên