SKKN: Khái quát vật liệu từ học

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM KHÁI QUÁT VẬT LIỆU TỪ HỌC Mở đầu Kính thưa đồng chí tồn thể bạn trẻ yêu vật lý Từ học lĩnh vực quan trọng vật lý học đại Xong nhìn lại phần từ học chương trình vật lý phổ thơng thật ỏi, khơng đáp ứng nhu cầu địi hỏi em Trong tượng từ lại đập vào mắt em: Nam châm hút sắt lại không hút nhôm hay đồng… Tại lõi cuộn dây lại phải sắt hay hợp kim sắt? từ tính vật liệu có giống khơng? Chẳng cần em có nhận định rõ ràng tượng Song điều không với em sách cịn thiếu mơ hình để giải thích tượng trên, việc tính tốn kĩ lưỡng tượng lại chiếm q nhiều thời gian lớp nhà em, em tải Vì sang kiến này, xin phép đưa vào chương trình học tập em phần “vật lý tượng từ”- phần lý thú, giúp em có mơ hình cấu tạo vật liệu từ, từ phân loại vật liệu từ em thường gặp sống, công việc em sau Hơn khoa học công nghệ thông tin phát triển ngày nay, từ học ngày chiếm vai trò quan trọng đời sống xã hội Chúng ta khơng thể khỏi chi phối màng ghi từ siêu mỏng, hay mạch vi điện tử… Công nghệ nano từ đem lại cho ta thành tựu đáng kinh ngạc nhớ máy tính khổng lồ, thẻ nhớ điện thoại, máy MP3… Như nói đâu có người có từ học Vì em có quyền biết từ học, việc đưa từ học vào chương trình giáo khoa việc cần thiết Tôi định viết sáng kiến với phần lớn, chia thành tiết chương trình giáo khoa, lấy tên “Khái quát vật liệu từ học” I Các khái niệm II Phân loại vật liệu từ III Các chất thuận từ, nghịch từ IV Các chất sắt từ V Cấu trúc domain VI Tổng kết áp dụng I Các khái niệm bản: Từ trường: Thừa kế khái niệm từ trường cung cấp SKG dùng Độ nhiễm từ- độ từ hoá(I): Vectơ hướng từ bắc sang nam nam châm, có đơn vị Wb/m2 Mơmen từ tổng hợp đơn vị thể tích vật liệu từ tính Đặc trưng mật độ từ thơng đơn vị diện tích tiết diện cực Độ từ thẩm(m): Đại lượng đặc trưng cho khả khuệch đại từ trường vật liệu, có đơn vị H/m Mối liên hệ vectơ cảm ứng từ B vectơ từ độ I là: B=I+B0= I+m0H H: cường độ từ trường khơng có vật liệu từ B: cảm ứng từ trường khhuếch đại vật liệu từ I=c.H c: độ cảm từ hay hệ số từ hố Đơn vị (H/m) Þ B=(c+m0)H ÞB=mH; m=c+m0 m m = ÞB= m B0 mo II Phân loại vật liệu từ: Vật liệu nghịch từ: c Tc trật tự từ bị phá vỡ vật liệu trở thành vật liệu thuận từ.(hình 3) c Vật liệu sắt từ Trong vật liệu tương tác spin lớn, dương nên spin từ xếp giống nhau, song song chiều(h3a), nên từ độ vật liệu lớn nhiệt độ T>Tc, c-1 phụ thuộc vào nhiệt độ T theo qui luật tuyến tính ( Định luật Curie- weiss) Trạng thái sắt từ trạng thái từ hóa tự phát: Khi T0 nên I>0, có nghĩa mơmen từ hướng theo từ trường Phần lớn chất thuận từ theo định luật Curie C c= (3.2) T C số gọi số Curie Các vật liệu thuận từ chất mà nguyên tử chúng có mơmen khơng có từ trường ngồi Như khảo sát vật liệu từ, công việc chủ yếu phải tìm cho số C vật liệu Để đáp ứng điều Langevin đưa thuyết Ơng xét hệ N nguyên tử, nguyên tử có mômen từ m đủ lớn đặt cách xa để khơng tương tác với Từ ơng sử dụng công thức liên hệ từ độ lượng để tính tốn Rồi từ đưa cơng thức sau: Nµ C= (3.3) 3k B Chúng ta phát biểu định luật sau: “ Hằng số Curie lượng chất thuận từ tỉ lệ thuận với số hạt mang từ tính bình phương mơmen từ hạt” kB số Boltzman Từ ta suy ra: c= Nµ C = 3k BT T (3.4) Nµ I= H 3k BT (3.5) Các chất nghịch từ: Là chất có c>1 Đường cong từ trễ: Sự phụ thuộc I vào H phi tuyến, đường biểu diễn phụ thuộc I vào H gọi đường cong từ hóa (hình 6) Ban đầu đoạn OA, q trình từ hóa thuận nghịch tăng chậm, đoạn sau từ độ tăng nhanh khơng thuận nghịch, giảm từ trường ngồi, từ độ giảm theo đường khác Đường cong từ hóa nói thu từ trường ngồi H tăng dần từ lên nên gọi đường từ hóa Từ điểm đường từ hóa ta giảm từ trường H lại tăng theo chiều ngược lại ta thấy thu đường cong hình ( gọi đường cong từ trễ) Khi từ trường tăng đến giá trị HBh làm cho từ độ I=Imax(bh) ta có đường từ trễ cực đại gọi từ trễ giới hạn Khi đạt Ibh ta tiếp tục tăng H thêm thi I không tăng Nếu từ giảm H I ¹ 0, ta thấy đường cong từ trễ cắt trục tung Ir -được gọi từ độ dư Đảo chiều H, rơi tăng I=0 thấy đường cong lại cặt trục hoành -Hc- gọi lực kháng từ Dựa vào đường cong từ trễ người ta đưa vật liệu từ cứng vật liệu từ mềm, so sánh hình V.Cấu trúc đômen Các vật liệu từ đặc trưng đường cong từ hóa bão hào Theo quan điểm vật lý, ta đặc trưng cho vật liệu đường I(H) đo nhiệt độ từ ta lấy thông tin cần thiết để đánh giá phẩm chất vật liệu Chúng ta nghiên cứu dạng lượng để xác định trạng thái vật liệu xét, song có lẽ việc khó em nên tơi khơng đưa vào tài liệu Vì nên định trực tiếp vào cấu trúc đômen để giải thích cho em hiểu tính chất vật liệu sắt từ Xét tới lượng trao đổi, trạng thái có lợi lượng trạng thái mơmen từ đồng nhất, có phương điểm mẫu Nhưng có đóng góp dạng lượng khác, nên vật liệu từ tồn vùng từ hóa tự phát vĩ mơ gọi đơmen(hình 7) Như theo khối vật liệu từ nhiều đômen ghép lại, chúng vách ngăn Với cấu trúc có lợi hẳn lượng Do có vách ngăn nên trạng thái khơng có từ trường ngồi đômen xếp thiếu trật tự, nên từ độ vật liệu sắt từ nhỏ, từ tính thể khơng rõ Song có từ trường ngồi đômen từ bị quay theo từ trường hướng, làm cho từ độ sắt từ tăng nhanh, nên từ trường tổng cộng thêm vào lượng lớn gấp từ vài lần đến vài chục lần so với từ trường ban đầu Đặc biệt với từ trường lớn đômen di chuyển, vạch đômen bị thu hẹp lại dần, số lượng đơmen giảm dần, kích thước đơmen tăng dần theo từ độ sắt từ tăng dần Vì nên vật liệu sắt từ thể từ tính cực mạnh dễ phát ứng dụng VI Tổng kết áp dụng Như đồng nghiệp em vừa qua tính chất thú vị vật liệu từ Từ học nhiều hứa hẹn lý thú chờ đợi em đồng nghiệp khám phá Tài liệu xin dừng lại giáo án “ từ học, phân loại vật liệu từ” tơi thiết kế phía đây, rât mong đóng góp ý kiến đồng nghiệp em Giáo án – thời lượng tiết Tiết…: phân loại vật liệu từ học I Mục tiêu: Học xong học sinh có kiến thức sau: - Nắm khái niệm độ từ hóa, vector từ độ, mối liên hệ khái niệm với khái niệm quen thuộc - cảm ứng từ B - Phân biệt chất thuận từ chất nghịch từ - Biết cách tính số Curie - áp dụng cơng thức vào việc tính tốn từ độ vật liệu Thái độ cần có học: - Tơn trọng thầy u thích khám phá tự khám phá thân - Thêm yêu môn công nghệ thông tin mà em phải học nhà trường II Sự chuẩn bị thầy trò: - Cuộn dây, nam châm có khối lượng khác nhau, lõi thép, lõi đồng, lõi nhơm hình thỏi… - Chuẩn bị mới, lý thuyết từ trường… III Nội dung mới: Hoạt động thầy Hoạt động trò Ghi bảng Chắc em khơng Nghe giới thiệu, hình Tiêt… Khái qt vật cịn xa lạ với dung liệu từ tượng từ phải I Các khái niệm không? Ngày hôm Độ nhiễm từ- độ từ sâu vào hố(I): việc nghiên cứu giải Độ từ thẩm(m): thích tính chất từ c: độ cảm từ hay hệ số từ số chất mà hoá thường gặp thực tế, B=I+B0= I+m0H để trả lời câu hỏi: I=c.H nam châm hút sắt mạnh ÞB=mH; m=c+m0 thế, mà ta khó lịng phát m m = ÞB= m B0 hiên tương tác mo với đồng? Chúng ta vào phần I Các II Phân loại vật liệu từ khái niệm Vật liệu nghịch từ Để đánh giá phân loại Độ nhiễm từ- độ từ Vật liệu thuận từ vật liệu từ ta sử dụng hoá(I): Vật liệu sắt từ va ferit khái niệm nào? Độ từ thẩm(m): từ Theo sách em c: độ cảm từ hay hệ số Vật liệu từ cứng định nghĩa cho từ hoá Vật liệu từ mềm khái niệm Đúng quan sát sách giáo khoa cho mối liên hệ chúng với cảm ứng từ B? Bây ta dựa vào chi tiêu để phân loại vật liệu từ Chúng ta chọn độ cảm từ c Ta sang phần II Phân loại vật liệu từ Các em định nghĩa Theo dõi sách đưa nhiệt độ Neel-Tn định nghĩa nhiệt độ Curie-Tc Cuối khảo sát vật liệu cho ta tăng cường từ trường, vật liệu thuận từ Nhắc lại cho thầy biết vật liệu thuận từ vật liệu nào? Từ cho thầy biết đặc điểm vật liệu thuận từ? Cả lớp làm cho thầy tập sau: “ cho đồng 64 gam đặt từ trường ngồi H=3A/m Tính cảm ứng từ trường mà ta thu vùng xung quang đồng Biết nhiệt độ môi trường 300K, độ từ thẩm đồng m=1,6 H/m” Định nghĩa(SGK) III Vật liệu thuận từ Đặc điểm: c>0; nhỏ m>1 Tồn mômen từ tự phát Sự phụ thuộc c vào nhiệt độ, định luật Curie C χ= T Nµ C= 3k B Làm tập Nµ c= 3k BT N A µ C= 3k B Nµ I= H 3k BT C T I=cH B=(c+m0).H χ= ... loại vật liệu từ khái niệm Vật liệu nghịch từ Để đánh giá phân loại Độ nhiễm từ- độ từ Vật liệu thuận từ vật liệu từ ta sử dụng hoá(I): Vật liệu sắt từ va ferit khái niệm nào? Độ từ thẩm(m): từ. .. đặc tính vật liệu đặt từ trường để phân thêm vật liệu từ giả bền vật liệu sắt từ kí sinh, mà tài liệu không giới thiệu đến III Các vật liệu thuận từ 1) Chất thuận từ: Hệ thức từ độ từ trường... cong từ hóa sắt từ phức tạp có tính trễ, nên tơi gọi đường cong từ trễ (hình 5) Vật liệu từ cứng, vật liệu từ mềm Dựa vào đường cong từ trễ vật liệu sắt từ, người ta có chia vật liệu sắt từ thành