BÁO CÁO THÍ NGHIỆM: TÍNH CHẤT QUANG, ĐIỆN, TỪ CỦA VẬT LIỆU ( PHẦN TỪ) I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Các quá trình từ hóa 1.1. Đường cong từ hóa Một mẫu sắt từ hay ferit lý tưởng, không bị ứng suất tác dụng, các đomen định hướng theo trục từ hóa dễ và khép kín mạch từ; dưới tác dụng của từ trường ngoài (H) momen từ của mẫu tăng khi tăng H và đạt đến giá trị bão hòa từ ta có đường cong từ hóa ban đầu của mẫu (hình 2.1). Phân tích đường cong M(H), có thể phân chia thành ba giai đoạn quá trình từ hóa mẫu sắt từ. Giai đoạn 1: dịch chuyển vách đomen (thuận nghịch và không thuận nghịch) tương ứng với đường OB trên đồ thị 2.1. Giai đoạn 2: các momen từ quay theo hướng từ trường ngoài, đoạn BC. Giai đoạn 3: quá trình thuận, sự tăng momen từ sau khi đạt giá trị bão hòa (H > Hs). Thực tế, quá trình từ hóa của vật liệu từ chủ yếu do hai quá trình đầu (dịch chuyển và quay). Độ cảm từ vi phân của mẫu là:
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM: TÍNH CHẤT QUANG, ĐIỆN, TỪ CỦA VẬT LIỆU ( PHẦN TỪ) MÃ LỚP: 712821 Nhóm sinh viên: Đỗ Đức Anh-20196015 I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các q trình từ hóa 1.1 Đường cong từ hóa Một mẫu sắt từ hay ferit lý tưởng, không bị ứng suất tác dụng, đomen định hướng theo trục từ hóa dễ khép kín mạch từ; tác dụng từ trường (H) momen từ mẫu tăng tăng H đạt đến giá trị bão hòa từ ta có đường cong từ hóa ban đầu mẫu (hình 2.1) Phân tích đường cong M(H), phân chia thành ba giai đoạn q trình từ hóa mẫu sắt từ Giai đoạn 1: dịch chuyển vách đomen (thuận nghịch không thuận nghịch) tương ứng với đường OB đồ thị 2.1 Hình 2.1 Đường cong từ hóa ban đầu sắt từ Giai đoạn 2: momen từ quay theo hướng từ trường ngoài, đoạn BC Giai đoạn 3: trình thuận, tăng momen từ sau đạt giá trị bão hòa (H > Hs) Thực tế, q trình từ hóa vật liệu từ chủ yếu hai trình đầu (dịch chuyển quay) Độ cảm từ vi phân mẫu là: dI dI dI C R dH dH C dH R (2.2) Với χC χR độ cảm từ đơn vị thể tích trình dịch chuyển quay tương ứng Việc phân chia q trình từ hóa có tính chất mặc định nhiều trình dịch chuyển vách chưa kết thúc, trình quay bắt đầu Nghĩa là, q trình từ hóa có tính chất phủ nhau, độ phủ tùy thuộc vào tính chất vật liệu 1.2 Hiện tượng từ trễ Ở trạng thái ban đầu, chưa có từ trường ngồi tác dụng, momen từ vật liệu phân bố theo phương từ hóa dễ, mạch từ đomen khép kín Nghĩa là, lượng vật mẫu trạng thái cực tiểu tổng momen từ vật liệu khơng Dưới tác dụng từ trường ngồi (hoặc ứng suất), vật liệu từ bị từ hóa Ta xem xét phần A, tượng từ trễ xuất q trình dịch chuyển vách khơng thuận nghịch (hình 2.1) quay momen từ khơng thuận nghịch (hình 2.2) Do vậy, momen từ (M) mẫu từ tính phụ thuộc phi tuyến vào từ trường tác dụng Hình 2.2 trình bày số dạng đường trễ từ momen từ vào từ trường ngồi Hình 2.2 a) đường từ trễ toàn phần b), c) đường từ trễ riêng phần Khi từ hóa mẫu từ tính từ trường với cường độ H > Hs, mẫu đạt giá trị bão hòa từ kỹ thuật (Ms) Sau giảm từ trường khơng, ta có giá trị momen từ dư (Mr), tiếp tục tăng từ trường phía ngược lại, M khơng H = Hc Đó lực kháng từ M H c Tiếp tục tăng từ trường (theo hướng ngược lại) tăng theo chiều ban đầu, ta thu đường trễ khép kín tồn phần (2.2 a) Ngồi ra, cịn có đường trễ riêng phần (hình 2.2 b, c) ta đảo từ giá trị H < Hs Hiện tượng momen từ thay đổi không đồng với từ trường tác dụng gọi tượng từ trễ Hiện tượng từ trễ có liên quan tới trình từ hóa khơng thuận nghịch vật liệu Kondorski (1940) đưa nguyên nhân tượng từ trễ là: – Từ trễ việc ngăn cản dịch chuyển vách đomen, – Từ trễ việc giữ phát triển mầm đảo từ, – Từ trễ trình từ quay momen từ không thuận nghịch Phương pháp thực nghiệm Các phương pháp cảm ứng dựa định luật Faraday để đo tính chất từ vật liệu Nguyên nhân sinh suất điện động cảm ứng cuộn dây cảm ứng dịch chuyển tương đối mẫu so với cuộn dây ngược lại (sự dịch chuyển gây biến thiên từ thông qua cuộn dây), suất điện động cảm ứng tốc độ biến thiên từ thông qua cuộn: V =−N dφφ dφt (V: induction electromotive force (e.m.f): suất điện động cảm ứng) Nếu A tiết diện cuộn dây N số vịng dây ta có: B= φ A Trong khơng gian, B=μ0 H vậy: V =−N A V =−μ N A Nếu vòng dây quấn xung quanh lõi có độ từ thẩm thì: dφH B=μ μ H V =−μ μ0 N A dφt II.THỰC NGHIỆM a) Thiết bị dụng cụ thí nghiệm dφB dφt dφH dφt với - Hệ đo từ kế tích phân Viện ITIMS - Đo mẫu Ni nguyên chất, hình cầu - Khối lượng mẫu m= 0.1558 g b) Trình tự thí nghiệm - Gắn mẫu đo vào cần đo mẫu - Chuẩn khoảng cách mẫu hai cuộn pick-up (cuộn cảm ứng lấy tín hiệu) - Bật hệ nước làm cho nam châm điện nguồn dịng ni nam châm điện - Bật hệ máy nén khí để di chuyển mẫu đo - Bật máy tính ghép nối với hệ đo để thu thập số liệu - Bật nguồn cho Multimeter thu thập số liệu - Mở phần mềm đo máy tính - Tạo thư mực lưu số liệu cần đo - Chạy chương trình thu thập số liệu kết hợp với cấp dòng cho nam châm điện - Thực đo: Ứng với giá trị đặt (đặt dòng tạo từ trường), tiến hành giật mẫu nhiều lần (4 đến lần – tương ứng đến kết quả) lấy trung bình kết giá trị đo - Sau lần đo, thông số nhận đưa vào phần mềm Origin để vẽ lại dạng xung điện áp 0.0004 U (mV) 0.0002 0.0000 -0.0002 -0.0004 -0.0006 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 t (ms) Dạng tín hiệu điện áp đo vẽ lại phần mềm Origin Dựa vào bảng thông số đồ thị xung, lựa chọn lấy đến xung tương đối giống (giá trị đỉnh) Làm khớp xung theo hàm Gauss ta nhận thơng số hàm khớp có giá trị tích phân xung liệu (đường mầu đỏ so với đường màu đen hình 0.00040 0.00035 0.00040 0.00030 0.00035 0.00030 0.00020 0.00025 0.00015 0.00020 U (mV) U (mV) 0.00025 0.00010 0.00015 0.00010 0.00005 0.00005 0.00000 0.00000 -0.00005 14400 14600 14800 15000 15200 15400 15600 15800 16000 16200 16400 16600 t (ms) -0.00005 14400 14600 14800 15000 15200 15400 15600 15800 16000 16200 16400 16600 t (ms) Sau tiến hành xử lý số liệu ta vẽ nối điểm xử lý lại có đường cong từ độ vật liệu cần đo III.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 1.Đồ thị thể phụ thuộc từ trường vào dòng điện Nhận xét: -Từ đồ thị ta thấy phụ thuộc từ trường H vào dịng điện I tuyến tính -Biểu thức tính: H = I x 400 (oe) 400:số vòng dây Bảng giá trị: I(A) H(Oe ) 400 800 120 160 200 280 360 11 4400 13 5200 15 6000 17 6800 2.Đồ thị thể phụ thuộc momen từ vào từ trường M đường cong từ hóa ban đầu mẫu Ni Nhận xét: 19 7600 21 840 24 9600 -Từ đồ thị ta biết giá trị momen từ bão hòa khoảng 49.95(emu/g) điểm bắt đầu bão hịa có giá trị khoảng 2863.14(Oe) -mNi=0,1558 (g) -Quy trình xử lý +Bước1:Vẽ xung giá trị I(bảng 1) +Bước2:Fitting.Sau fitting xong phần mềm cho bảng tương ứng với giá trị I +Bước3:Lấy giá trị A (diện tích xung) bảng tính trung bình cộng giá trị +Bước4:Tính momen từ M= Atrung bình X hệ số máy (emu/g) mNi Hệ số máy=21.19 +Bước5:Lặp lại bước để tính momen từ +Bước6:Vẽ đồ thị thể phụ thuộc momen từ vào từ trường