Vật liệu từ

1 1. Sự từ hóa và phân loạivậtliệutừ 2. Tính chấttừ nguyên tử 3. Nghịch từ và thuậntừ 4. Sắttừ CHƯƠNG 6 – VẬT LIỆU TỪ 2 Sự từ hóa 1. Sự từ hóa và phân loạivậtliệutừ ) Thanh sắtnon bị hút bởinam châm, sau đótrở thành mộtthanh nam châm ⇒ bị từ hóa! 0 B r ) Vậtbị từ hóa trong từ trường ngoài 'B r ⇒ có từ trường riêng ' 0 BBB r r r += ª Từ trường tổng hợp: ) Mọichấttrongtự nhiên cũng đềuchịutácđộng củatừ trường ⇔ bị từ hóa, nhưng vớimức độ khác nhau. 3 ) Đạilượng vậtlýđặctrưng cho mức độ từ hóa củavậtliệu đượcxácđịnh bằng số các moment từ trong 1 đơnvị thể tích củakhốivậtliệu: V p M V m Δ = ∑ Δ r r ) M = χ m H (vớivậtliệunghịch từ và thuậntừ) ª χ : độ cảmtừ (magnetic susceptibility) ª χ và M thể hiệnbảnchất bên trong củavậtliệu ª Đơnvị củatừđộ: A/m Vector độ từ hóa (từđộ) 1. Sự từ hóa và phân loạivậtliệutừ 4 1. Sự từ hóa và phân loạivậtliệutừ Phân loạivậtliệutừ Thuậntừ ) Ví dụ: Ma-nhê (magnesium - Mg), Mô-líp (molibdenum - Mo), li-ti (lithium - Li) Nghịch từ ) Ví dụ: Bismut, đồng (copper - Cu), bạc (silver - Ag), vàng (gold - Au)…. ) Vậtliệubịđẩybởitrường ngoài H (Oe) M = χ H M (A/m) χ > 0 'B r (rấtnhỏ) ngượcchiều 0 B r ⇒ 0 BB r r < ) 'B r (rấtnhỏ) cùng chiều 0 B r ⇒ 0 BB r r > ) 5 ) Ví dụ: Sắt (Iron - Fe), ni-ken (nickel - Ni), cô-ban (cobalt – Co), măng-gan (manganese – Mn), các hợpkimcủasắt, fer-rít…. Mức bão hòa H (Oe) M (A/m) 1. Sự từ hóa và phân loạivậtliệutừ Phân loạivậtliệutừ Sắttừ 'B r (lớn) cùng chiều 0 B r ⇒ 0 BB r r >> ) 6 2. Tính chấttừ củanguyêntử ª Tính chấttừ củavậtchấtlàdo sự tồntạicủa các moment từ (dipole) hình thành bởi các moment từ spin và moment từ quỹđạocủa các electron bên trong các nguyên tử. l ) e - là thành phầncấutạocủa nguyên tử, CĐ quanh hạtnhân. ) Từ trường do dòng điệnsinhra, ) Dòng điện là dòng chuyểndời có hướng của electron (e - ). 7 Moment từ quĩđạocủa electron ª Dòng điện do CĐ củae - : r eve i 2 . π τ == ª Chu kỳ quay củae - trên quĩđạo: ν π τ r2 = i + + i i i ) Xét nguyên tử cô lập(B ngoài = 0) có e - CĐ trên quĩđạotròn quanh hạtnhânvớivậntốc v r Moment (lưỡng cực) từ – Magnetic (dipole) moment I SIp m . = S ) Từđịnh nghĩamoment từ ⇒ moment từ quĩđạocủae - : 2 . . .2 . 2 rve r r ev Sip mqđ === π π 2. Tính chấttừ củanguyêntử 8 Moment động lượng của electron l mqđ p r + + i i i ) Moment động lượng đối vớigốcO củae - khi CĐ trên quĩđạovớivector vậntốccó chiềungượcvớivector moment từ quĩđạo, có giá trị: l = mv.r = m ω .r 2 l r v 2. Tính chấttừ củanguyêntử ) Tỉ số giữamoment từ và moment động lượng củae - gọi là tỉ số từ-cơ quĩđạo: m e l p l p mqđmqđ 2 . −= − = r r 9 Moment spin electron ) e - vừa CĐ trên quĩđạo quanh hạt nhân vừatự xoay quanh chính mình ⇒ moment động lượng riêng - moment spin ⇒ moment từ spin riêng )(s r )( ms p r l m p + + i i i s ms p r ms p r s ) Tỉ số giữamoment từ spin và moment spin - tỉ số từ-cơ spin củae - : m e s p s p msms −= − = r r 2. Tính chấttừ củanguyêntử 10 Moment từ và moment động lượng nguyên tử ) Moment động lượng nguyên tử: ( ) ∑ += electronsôTông slL r r r ) Tỉ số giữamoment từ và moment động lượng nguyên tử: constg m e L p m =−=− 2 ~. r ª Lgp m Δ−Δ ~ r ) Moment từ nguyên tử: ( ) ∑ += electronsôTông msmqđm ppp r r r 2. Tính chấttừ củanguyêntử [...]... Z r r B0 Từ độ: M = n0 Δpm = − 6m r χm r B Mặt khác: M = χ m H = μ0 n0 μ0 e 2 Z r 2 ⇒χ =− 6m Vector từ độ luôn ngược chiều vector cảm ứng từ và luôn có độ cảm từ χ 0 và nhỏ Kết luận: + Quá trình từ hóa phụ thuộc nhiệt độ + Không có từ dư 16 3 Nghịch từ và thuận từ Từ trường tổng hợp trong vật liệu nghịch từ và thuận từ r r Khi bị từ hóa, xuất hiện từ trường phụ B’ ⇒ B' có mối liên hệ với M Mỗi nguyên tử sinh ra một dòng điện i ⇒ cảm ứng từ phụ B’ do các dòng điện này sinh ra trong lòng khối vật liệu : B’ = μ0.n0.i Khối vật liệu. .. chất vật lý khác (nhiệt dung, độ dẫn điện ) T < Tc ⇒ các tính chất đặc trưng của sắt từ được khôi phục Vật liệu Nhiệt độ Curie (0C) Sắt 770 Cô-ban 1127 Ni-ken 357 Gadolini 16 25 4 Sắt từ Ứng dụng quá trình từ hóa và vật liệu sắt từ trong kỹ thuật Bộ khuếch đại tín hiệu Đầu từ Lớp vật liệu từ phủ trên băng Hướng băng chạy Từ hóa cảm ứng Kỹ thuật ghi âm trên băng từ Thẻ từ 26 4 Sắt từ Hiện tượng từ giảo... Độ từ hóa của khối vật liệu = Moment từ của toàn bộ khối vật liệu Thể tích 1 đơn vị dài của khối vật liệu r r n0 i.S Tức là: M = = n0 i ⇒ B ' = μ 0 M hay: B ' = μ 0 M S.1 r r r r r Từ trường tổng hợp trong khối vật liệu: B = B0 + B ' = B0 + μ 0 M r r r r χm Với: M = B 0 nên: B = B0 + χ m B0 = (1 + χ m ) B0 μ0 r r Đặt 1 + χm = μ ⇒ B = μ 0 B0 = μμ 0 H 17 4 Sắt từ Đặc điểm của vật liệu sắt từ Vật liệu. .. bản của sắt từ B BS Br Hd -Hc 0 Hc Ha -Br -BS Bs và Hc quyết định dạng đường cong từ trễ 20 H 4 Sắt từ Đường cong từ hóa của vật liệu sắt từ Căn cứ đặc điểm đường cong từ trễ ⇒ phân loại vật liệu sắt từ Sắt từ cứng: Chu trình trễ rộng (“béo”), Br bền, và Hc lớn ⇒ được sử dụng để làm nam châm vĩnh cửu Sắt từ mềm: Chu trình trễ hẹp (“gầy”), Br lớn, và Hc nhỏ ⇒ được sử dụng để làm mạch dẫn từ trong các... tính chất từ mạnh nhất (lực từ hay các đáp ứng với từ trường) ⇒ được sử dụng để tạo ra nam châm vĩnh cửu hoặc các cấu trúc mạch dẫn từ M (A/m) Độ từ hóa tỉ lệ phi tuyến với trường ngoài Mức bão hòa μ μmax Từ thẩm phụ thuộc phi tuyến vào trường ngoài Cảm ứng từ phụ thuộc phức tạp vào trường ngoài ⇒ đường cong từ hóa H (Oe) H B 18 H 4 Sắt từ Đường cong từ hóa của vật liệu sắt từ B BS H ngoài tăng từ H =... điện… Vật liệu Ferrite – hợp chất của Fe2O3 với Mn, Ni (mềm) hoặc Co, BaCO3(cứng) 21 4 Sắt từ Thuyết miền từ hóa tự nhiên (thuyết domain) PIERRE-ERNEST WEISS ( 1865 - 1940 ) Trong cấu trúc vật liệu, các của moment từ spin của từng nguyên tử sắp xếp song song với nhau trong từng vùng nhỏ (domain), nhưng moment từ tổng cộng của từng vùng nhỏ này có chiều khác nhau trong toàn bộ khối thể tích ⇒ moment từ. .. 2 Nghịch từ và thuận từ Hiệu ứng nghịch từ e 2 r '2 B0 Do r’ ≠ const, nên: Δpm = 4m Nguyên tử có Z e- với các quĩ đạo bán kính ri: 2 z e B0 Δpm = r 'i2 ∑ 4m i =1 Trường hợp nguyên tử có đối xứng cầu: r B0 r pm ωL r M i α + r v - r l dθ ωL r dl e 2 Z r 2 B0 Δpm = 6m r e2 Z r 2 r Hay: Δpm = − B0 6m 14 2 Nghịch từ và thuận từ Vật liệu nghịch từ trong từ trường ngoài Xét khối vật liệu nghịch từ có mật... từ Hiện tượng từ giảo (magnetostriction) Hiện tượng vật liệu sắt từ bị biến dạng (dãn ra, co lại) trong quá trình từ hóa Đặc trưng bởi tỉ số thay đổi kích thước tương đối (biến dạng) theo phương của từ trường ⇒ tỉ lệ bình phương độ từ hóa: Δl ~ M 2 ~ 10 −5 ÷ 10 −6 l Δl l H Cũng có hiệu ứng nghịch: khi vật liệu bị biến dạng ⇒ trạng thái từ hóa của vật liệu bị thay đổi Ứng dụng: làm máy phát siêu âm, tạo... trị Br ≠ 0 ⇒ cảm ứng từ dư Br -Hc 0 Ha Đổi chiều H ngoài và tiếp tục tăng từ H = 0 đến khi B = 0 ứng với giá trị H = Hc ⇒ cường độ trường khử từ - lực kháng từ 19 H 4 Sắt từ Đường cong từ hóa của vật liệu sắt từ Tiếp tục tăng H đến khi B lại đạt giá trị bão hào -Bs và khi giảm → 0 ⇒ có giá trị -Br rồi lại tăng để có giá trị Hc và Bs ban đầu ⇒ khép kín một chu trình ⇒ đường cong từ trễ μmax, Bs và Hc . trình từ hóa vớivậtliệu nghịch từ rấtyếu. 0 22 0 0 6 . B m rZen pnM m r r r −=Δ= Mặtkhác: 6m rZeμn 22 00 −=⇒ χ ª Từđộ: BHM r r 0 m m μ χ χ == 16 3. Nghịch từ và thuậntừ ) Trong khốivậtliệuthuậntừ. Z e - với các quĩđạo bán kính r i : ∑ = =Δ z i im r m Be p 1 2 0 2 ' 4 . m BrZe p m 6 0 22 =Δ 0 22 6 B m rZe p m r r −=Δ ª Trường hợp nguyên tử có đốixứng cầu: Hay: 2. Nghịch từ và thuậntừ Hiệu. điểmcủavậtliệusắttừ ) Từ thẩmphụ thuộc phi tuyếnvàotrường ngoài. μ H μ max ) Cảm ứng từ phụ thuộc phứctạpvàotrường ngoài ⇒ đường cong từ hóa. B H ) Độ từ hóa tỉ lệ phi tuyến vớitrường ngoài. Mức bão hòa H