Các yếu tố ảnh hướng tới phép đo - Từ trường đo được gồm từ trường của lõi thép và từ trường của cuộn dây - Điều chỉnh núm xoay tăng điện áp vào không ổn định điện áp tăng không đều - N
Trang 1BÁO CÁO THỰC HÀNH BÀI 2 ĐƯỜNG CONG TỪ TRỄ CỦA VẬT LIỆU SẮT TỪ
Nhóm 5 - Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp giảng dạy Vật lí
1 Lê Văn Thuận
2 Nguyễn Thị Thúy Tình
3 Trần Thị Tuyết
4 Thongphanh Xiayalee
Nhóm 4 - Chuyên ngành: Vật lý chất rắn (làm bù): Nguyễn Thị Minh Thu
Lớp: Cao học Vật lí K22
Ngày thực hành: 23/5/2013
I Tóm tắt nội dung
1 Quan sát tìm hiểu bộ thí nghiệm Sơ đồ nguyên lý của bộ thí nghiệm:
2 Khởi động máy tính, thiết lập các thông số đo
3 Đặt công tắc chuyển mạch ở vị trí 1 (bên trái); khi U 0,I 0, trong lõi vẫn có từ dư 0,1T Khử từ dư trong lõi như sau :
+Xoay núm vặn điện thế, theo dõi màn hình nếu I và B cùng tăng thì: Vặn núm quay cho điện thế về 0 rồi đảo công tắc sang vị trí 2 (bên phải)
+ Xoay núm vặn điện thế từ từ để từ trường ngược đạt giá trị - 0,05 T sau
đó xoay núm điện thế về 0 Khi đó nếu từ trường đo được chưa đặt giá trị 0 thì lặp lại thao tác đặt từ trường ngược -0.05T cho đến khi giái trị từ trường 0
R
Công tắc chuyển mạch
Thiết bị đo, kết nối với máy tính Đầu đo Hall
Nguồn DC
Trang 24 Đo đường cong từ hóa ban đầu và chu trình từ trễ :
+ Nhấn vào biểu tượng “ Start measurement”
+ Tăng điện thế bằng 0 từ từ lên tới từ trường bão hòa (B khoảng 0,5 T và
I khoảng 1,2 A) Sau đó giảm dần điện thế về 0 Sử dụng công tắc chuyển mạch
đảo ngược cực của điện thế Lại tăng điện thế để từ trường tới bão hòa theo chiều
ngược(B khoảng - 0,5 T và I khoảng - 1,2 A) và sau đó giảm điện thế từ từ Khi I
giảm tới 0 A, một lần nữa đảo ngược phân cực ngược của dòng điện với công tắc
chuyển mạch và tăng điện thế để I tăng theo chiều dương cho đến khi nhận được
đường B phụ thuộc I khép kín
+ Dừng đo nhấn “stop measurement” Sử dụng phần mềm origin xử lý số
liệu
II Kết quả
1 Điều kiện thực hiện phép đo: điều kiện thường của phòng thí nghiệm,
điện áp vào là 5V
2 Kết quả
a Đồ thị sự phụ thuộc của cảm ứng từ B trong lõi sắt vào cường độ dòng
điện qua cuộn dây
Hình 1 Sự phụ thuộc của cường độ từ trường vào cường độ dòng điện
b Đồ thị đường từ hóa ban đầu và chu trình từ trễ
Trang 3Đồ thị B(H) với H = I.n/L (trong đó n/L = 2586 đơn vị 1/m)
Hình 2 Đường từ hóa ban đầu và đường cong từ trễ
Từ đồ thị xác định được:
Cảm ứng từ dư: B r 116 3 mT
Lực kháng từ: H C 377 13 A m/
3 Các yếu tố ảnh hướng tới phép đo
- Từ trường đo được gồm từ trường của lõi thép và từ trường của cuộn dây
- Điều chỉnh núm xoay tăng điện áp vào không ổn định (điện áp tăng không đều)
- Nhiệt độ của môi trường thay đổi trong quá trình làm thí nghiệm
III Thảo luận kết quả
- Trên đồ thị không thể hiện rõ trạng thái bão hòa Giải thích: Từ trường
đo được gồm từ trường của lõi thép và từ trường của cuộn dây; thành phần từ trường của cuộn dây tăng tuyến tính theo dòng điện
- Giải thích đường từ hóa cơ bản và đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ dựa vào thuyết miền từ hóa tự nhiên (đômen) (trình bày ở phần trả lời câu hỏi)
IV Kết luận
Khảo sát quá trình từ hóa và chu trình từ trễ của vật liệu, xác định được :
Cảm ứng từ dư: B r 116 3 mT
Lực kháng từ: H 377 13 A m/
Trang 4v Trả lời câu hỏi
1 Sơ đồ mạch và nguyên lý đo đường cong từ trễ:
Nguyên lý của phép đo từ trễ là đo sự biến đổi của mômen từ hoặc cảm ứng từ theo sự thay đổi của từ trường Từ trường đặt vào được biến đổi theo một chu trình (từ giá trị 0 đến giá trị cực đại, sau đó giảm dần và đổi chiều đến từ
trường ngược hướng, và lại đảo trở lại giá trị cực đại ban đầu)
2 Sự phân loại các vật liệu từ, các đặc tính của vật liệu Sắt từ Thuyết miền từ hóa tự nhiên trong việc giải thích các đặc tính của vật liệu sắt từ
Ta có thể phân loại các vật liệu từ căn cứ theo cấu trúc từ của chúng thành các loại vật liệu sau:
10-5
giá trị tăng dần
(10+6)
Nghịch từ Thuận từ Phản sắt từ
Từ giả bền Sắt từ ký sinh Ferit từ
Sắt từ
(Diamagnetism) (Paramagnetism) (Antiferromagnetim) (Metamagnetism) (Parasitic ferromagnetism) (Ferrimagnetism)
(Ferromagnetism)
Trong các vật liệu từ trên, có thể có giá trị từ 10-5 đối với vật liệu từ rất yếu đến 10+6 đối với vật liệu từ rất mạnh. có thể không phụ thuộc H (I phụ thuộc tuyến tính vào H) hoặc phụ thuộc H (I phụ thuộc phi tuyến tính vào H)
Các đặc tính của vật liệu sắt từ:
- Có µ>>1
R
Công tắc chuyển mạch
Thiết bị đo, kết nối với máy tính Đầu đo Hall
Nguồn DC
Trang 5- Các momen từ của vật liệu sắt từ định hướng song song trong từng vùng nhất định gọi là các domain ngay cả khi H = 0 Các domain này bình thường định hướng hỗn loạn sao cho từ độ tổng cộng J của vật liệu bằng 0 khi H =
0 Khi H ≠ 0, momen từ của các domain ưu tiên định hướng song song với từ trường ngoài, do đó từ độ tổng cộng của vật liệu khác không
- Từ trường cần thiết để từ hóa bão hòa vật liệu sắt từ nhỏ, cỡ 104 Oe
- Đường phụ thuộc của J theo H là đường phi tuyến và được gọi
là đường cong từ hóa
- Đường phụ thuộc của χ theo H cũng một đường phi tuyến
- Từ một điểm trên đường cong từ hóa ta giảm từ trường H về 0 rồi tăng theo phương ngược lại cho đến khi bằng giá trị ban đầu (về giá trị tuyệt đối) rồi lại giảm về 0, rồi lại tăng đến điểm xuất phát ta sẽ nhận được một đường cong kín gọi là đường cong từ trễ
- Sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ của các vật liệu sắt từ có đặc điểm
là từ độ giảm về 0 ở nhiệt độ Tc gọi là nhiệt độ Curie, trên nhiệt độ Tc vật liệu trở thành thuận từ
Giải thích các đặc tính của vật liệu sắt từ bằng thuyết đoment:
- Thuyết miến từ hóa tự nhiên (đômen từ): thuyết miền từ hóa tự nhiên hay thuyết domain từ được đưa ra bởi Weiss Weiss giả thiết rằng trong điều kiện thường và ngay khi không có từ trường, trong vật sắt từ tồn tại các miền từ hóa nhỏ (các domain từ) Trong từng miền này, momen từ của các nguyên tử định hướng song song với nhau Momen từ tổng cộng của các nguyên
tử trong từng domain tạo nên mômen từ của domain đó Xét trên toàn vật, momen
từ của các domain định hướng hỗn độn, do vậy khi chưa bị từ hóa, vật sắt từ không thể hiện từ tính
- Giải thích tính sắt từ:
Khi vật sắt từ chưa bị từ hóa, các mômen từ của các domain định hướng hỗn độn trong không gian, do vậy, vật liệu không có từ tính
Khi thực hiện từ hóa vật (đặt vật trong từ trường), từ trường sẽ định hướng lại các vecto môment từ của các domain Kết quả dẫn đến là các momen từ của các domain định hướng ưu tiên theo phương của từ trường ngoài H, do đó xét trên toàn vật sắt từ nó có một men từ tổng cộng khác không, vật liệu có tính sắt từ
Do quá trình từ hóa (bao gồm dịch vách domain vaF quay hướng momen từ) là không thuận nghịch do đó ta thu được chu trình từ trễ
Khi giá trị của từ trường ngoài tăng dần đến một giá trị H0, toàn bộ môment từ của các domain định hướng song song với H Khi đó từ độ của vật
Trang 6khụng tăng được nữa kể cả ta cú tăng từ trường ngoài Ta nú rằng vật liều đạt trạng thỏi bóo hũa từ
3 Nguyờn tắc xỏc định nhiệt độ Curie bằng phương phỏp cảm ứng điện
từ
Đặt vào cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều U1, do hiện tượng cảm ứng điện từ mà trờn cuộn thứ cấp xuất hiện một hiện một hiệu điện thế xoay chiều
U2 Nếu ta tăng nhiệt độ của thanh ferit F tới nhiệt độ Tc thỡ độ từ thẩm à của thanh Ferit giảm nhanh xuống đến giỏ trị à Khi đú, từ trở của toàn mạch tăng nhanh, từ thụng qua cuộn n2 giảm, suất điện động U2 giảm nhanh xuống giỏ trị U0 Nhiệt độ Tc chớnh là nhiệt độ Curie cần tỡm
4 Giải thớch sự hỡnh thành đường từ trễ:
Sau khi từ húa một vật sắt từ đến một từ trường bất kỳ, nếu ta giảm dần từ trường và quay lại theo chiều ngược, thỡ nú khụng quay trở về đường cong từ húa ban đầu nữa, mà đi theo đường khỏc là do khi cú sự đảo từ trường ngoài cỏc momen từ trong vật liệu sắt từ khụng chuyển hướng đột ngột mà chuyển hướng dần dần tư trạng thỏi spin này sang trạng thỏi spin khỏc Khi từ trường ngoài đó giảm về 0 thi trong lũng vật liệu sắt từ vẫn cũn lượng từ dư do quỏ trỡnh từ húa ở trờn Và nếu ta đảo từ theo một chu trỡnh kớn (từ chiều này sang chiều kia), thỡ ta
sẽ cú một đường cong kớn gọi là đường cong từ trễ hay chu trỡnh từ trễ
Nguyờn nhõn cơ bản của hiện tượng từ trễ là sự tương tỏc giữa cỏc mụmen
từ cú tỏc dụng ngăn cản cỏc mụmen từ bị quay theo từ trường
5 Phõn loại vật liệu từ trờn cơ sở đường từ trễ:
Võt liệu từ cứng : lực khỏng từ Hc lớn ( trờn 100 Oe), Mr nhỏ
Vật liệu từ mềm: lực khỏng từ Hc nhỏ ( dưới 100 Oe), Mr lớn
6 í nghĩa thực tế của việc xỏc định nhiệt độ Curie của vật liệu sắt từ:
Có thể nói vật liệu sắt từ đang được nghiên cứu và hết sức rộng rãi trong khoa học , công nghiệp cũng như trong đời sống, từ các nam châm vĩnh cửu đến lõi biến thế, lõi thép trong động cơ điện, máy phát điện, rơle trong nồi cơm điện, hay cao hơn là các ổ cứng máy tính, đầu đọc ổ cứng…Người ta đang nghiên cứu máy lạnh hoạt động bằng từ trường thay thế máy lạnh truyền thống với ưu điểm không ô nhiễm, tiết kiệm năng lượng và nhỏ gọn Các hiệu ứng từ điện trở của chất săt từ cũng đang được khai thác để ra đời các linh kiện điện tử thế hệ mới gọi
là spintronic, tức là các linh kiện hoạt động bằng cách điều khiển spin của điện tử
Việc xác định nhiệt đô Tc của chất săt từ rất quan trọng vì khi T < Tc vật liệu là sắt từ T > Tc vật liệu trở thành thuận từ Nghiên cứu giúp ta sử dụng vật liệu
Trang 7có hiệu quả trong các mục đích khác nhau Ví dụ trong máy biến thế, động cơ
điện ta cần giảm tổn hao sắt từ thì phải sử dụng vật liệu thế nào…