6 1-6 Sơ đồ thể hiện sự sắp xếp có trật tự từ một cách thường xuyên của vật liệu sắt từ, tồn tại trật tự từ ngay cả khi không có từ trường ngoài .... Độ từ cảm B cũng là một đại lượng v
TỔNG QUAN
KHÁI NIỆM CĂN BẢN
Bất kỳ dòng điện nào khi chạy qua đều tạo ra xung quanh nó một từ trường Khi đặt một dòng điện khác vào trong không gian có từ trường này thì dòng điện này sẽ chịu một lực từ tác dụng.
Thông qua từ trường, lực từ được truyền từ dòng điện này tới dòng điện khác Vận tốc truyền tương tác bằng vận tốc của ánh sáng trong chân không Như vậy, từ trường là 1 dạng của vật chất, là một dạng đặc biệt của trường điện từ
1-1 Momen từ trong vật liệu [6]
Vecto cường độ từ trường kí hiệu là H Nếu từ trường tạo bởi cuộn dây có N vòng, chiều dài l, cường độ dòng điện chạy trong cuộn dây là I, thì cường độ từ trường được tính bằng:
1-2 (a) Độ từ cảm B0 trong môi trường chân không (b) Độ từ cảm B trong môi trường chất rắn [6]
3 Độ từ cảm B cũng là một đại lượng vecto, thể hiện cường độ cảm ứng từ của vật liệu đặt trong từ trường H:
B = à.H Với à là độ từ thẩm của mụi trường Trong chõn khụng:
Độ từ thẩm chân không là một hằng số có giá trị µ0 = 4π.10-7 H/m Độ từ thẩm tỷ đối là một đại lượng so sánh mức độ từ hóa giữa vật rắn và chân không.
Còn một đại lượng thường dùng nữa là độ từ hoá M tính toán bởi:
B = à 0 H + à 0 M Khi tồn tại từ trường H, momen từ trong vật liệu có xu hướng song song với chiều của từ trường ngoài bằng cỏch xoay từ trường của nú Thụng số à 0 M trong cụng thức B = à 0 H + à 0 M thể hiện xu hướng này
Cường độ của độ từ hoá M thể hiện qua:
M = χ m H Với χm là độ cảm từ Độ cảm từ và độ từ thẩm tỷ đối có quan hệ: χ m = - 1
1-1 Một số thông số từ tính và đơn vị [6]
Thông số Kí hiệu Đơn vị (SI) Chuyển đổi Cơ bản Độ từ cảm B Tesla (Wb/m2) Kg/s-C
Cường độ từ trường H là lực từ trên một đơn vị chiều dài của dây dẫn Độ từ hóa M phản ánh mức độ từ hóa của vật liệu khi có từ trường tác dụng Độ từ thẩm trong chân không µ0 là hằng số vật lý biểu thị đặc tính từ của không gian Độ từ thẩm tỉ đối µr cho biết mức độ từ hóa của vật liệu so với chân không Độ cảm từ χm là khả năng phản ứng của vật liệu với từ trường, cho biết vật liệu bị nhiễm từ theo chiều nào khi có từ trường tác dụng.
TÍNH CHẤT TỪ CỦA NGUYÊN TỬ
Tính chất từ của vật liệu được quyết định bởi tính chất từ của các electron
Mỗi electron trong một nguyên tử có momen từ được tạo bởi hai thành phần Thành phần thứ nhất liên quan đến chuyển động ocbitan của electron xung quanh hạt nhân
Electron là hạt mang điện, được xem như vòng điện chuyển động quanh hạt nhân Điều này tạo ra một từ trường rất nhỏ, sinh ra một momen từ có chiều dọc trục quay (hình 1-3 a)
Thành phần momen thứ hai tạo ra bởi chính chuyển động quay của electron xung quanh trục của nó (hình 1.3 b)
1-3 Mô hình thể hiện (a) ocbitan điện tử, (b) spin điện tử [6]
PHÂN LOẠI VẬT LIỆU TỪ
Vật liệu nghịch từ có độ cảm từ χ m có giá trị âm, tức là độ từ hoá xuất hiện khi có từ trường ngoài có chiều ngược lại với từ trường tác dụng [1] Độ cảm từ thường có giá trị rất nhỏ, khoảng -10 -6 , sinh ra do sự thay đổi ocbitan của electron khi xuất hiện từ trường ngoài Các khí trơ, một số kim loại không chuyển tiếp (Au, Ag, Cu, Zn ), các chất bán dẫn (Ge, Si), chất điện môi, chất siêu dẫn là chất nghịch từ [1]
Do từ tính yếu, chất nghịch từ hầu như không có ứng dụng
Vật liệu thuận từ có độ cảm từ χ m có giá trị dương, tức là độ từ hoá xuất hiện khi có từ trường ngoài cùng chiều với từ trường tác dụng
Vật liệu thuận từ được từ hóa yếu khi tiếp xúc với từ trường bên ngoài Độ cảm từ của vật liệu này thường rất nhỏ, trong khoảng 10-3 ÷10-6 Sự từ hóa yếu này là kết quả của sự thay đổi quỹ đạo electron khi có từ trường bên ngoài Một số kim loại như Al, Cr, Ti, Zr, Mo và muối của các kim loại chuyển tiếp là chất thuận từ.
1-4 Cấu hình từ cực của vật liệu từ
(a) Cấu hình từ cực của vật liệu nghịch từ Khi không có từ trường ngoài, từ cực không xuất hiện Khi có từ trường ngoài từ cực xuất hiện ngược chiều với chiều của từ trường ngoài
(b) Cấu hình từ cực của vật liệu thuận từ Khi không có từ trường ngoài, từ cực không xuất hiện Khi có từ trường ngoài từ cực xuất hiện cùng chiều với chiều của từ trường ngoài [6]
1-5 Sơ đồ thể hiện mối quan hệ giữa độ từ cảm B và cường độ từ trường H của vật liệu nghịch từ, thuận từ, sắt từ [6]
Cả vật liệu nghịch từ và thuận từ đều là vật liệu không có từ tính, không có trật tự từ Vì chúng chỉ thể hiện tính chất từ khi có sự xuất hiện của từ trường ngoài Đồng thời, cả hai đều có độ từ cảm B trong từ trường H giống như trong chân không
1-2 Độ cảm từ χm ở nhiệt độ phòng của một số vật liệu nghịch từ và thuận từ [6]
Nghịch từ Thuận từ Vật liệu Độ cảm từ Vật liệu Độ cảm từ
Nhôm oxit -1.81 x 10 -5 Nhôm 2.07 x 10 -5 Đồng -0.96 x 10 -5 Crom 3.13 x 10 -4 Bạc -2.38 x 10 -5 Titan 1.81 x 10 -4 Kẽm -1.56 x 10 -5 Molipden 1.19 x 10 -4
Vật liệu sắt từ là vật liệu có trật tự từ, có độ cảm từ χ m có giá trị dương rất lớn và phụ thuộc vào nhiệt độ Vật liệu sắt từ tồn tại trật tự từ (từ tính) cả khi không tồn tại từ trường ngoài Các kim loại chuyển tiếp như Fe, Co, Ni và kim loại đất hiếm là vật liệu sắt từ [1]
Trật tự từ này tồn tại trong những vùng nhất định gọi là vùng đomen Độ cảm từ χm của vật liệu sắt từ có thể lên tới 10 6 , khi đó H