Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất từ của vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh cung cấp cho học viên những kiến thức về tính chất từ của vật liệu, từ trường ở trạng thái bão hòa, vật liệu cần có độ từ thẩm tương đối đạt tối thiểu,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU ThS Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh 5/2016 TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Một dây dẫn thẳng dài có bán kính R = 1,5mm • Dịng điện qua dây có giá trị khơng đổi i = 32A • Tính từ trường bề mặt dây • Tính từ trường vị trí cách dây 1,2mm TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Từ trường bề mặt sợi dây: 0i B r 2R 7 10 32 3 B 4, 27 10 T 4, 27mT 3 2 1,5 10 • Từ trường vị trí r = 1,2mm: 0i B r 2R 7 3 10 32 1, 10 3 B 3, 41 10 T 3, 41mT 2 1,5 103 TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Tính lực đơn vị diện tích (kN/m2) nam châm vĩnh cữu • Biết độ từ hóa bão hịa μ0M = 1,61T • Biết độ từ thẩm chân khơng μ0 = 4πx10-7H/m TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Lực từ: 0 M A F Trong đó: • F: lực từ (N) • μ0: độ từ thẩm chân khơng (H/m) • M: độ từ hóa (tổng momen từ đơn vị thể tích), đại lượng vector (A/m) • A: tiết diện (m2) m M lim V 0 V TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Lực từ nam châm vĩnh cữu tạo ra: 0 M A F • Ta viết lại phương trình trên: 0 M A F 0 M F A 2 F 0 M 1, 612 1031, 4kN/m A 2 4107 TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Tính tổng momen từ đơn vị thể tích vật liệu magnetite • Tính mật độ dịng bão hịa TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU Magneton Bohr (μB): đơn vị momen từ e B 2m e Trong đó: • e: điện tích ngun tố • ћ: số Planck rút gọn • me: khối lượng nghỉ electron 1 B 9, 274 10 24 J / T Am TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU Từ trường 8,37Å Lỗ trống bát diện Fe3+ Fe2+ O2Fe2+ Fe3+ Fe2+ (4 magneton Bohr) Fe3+ (5 magneton Bohr) Cấu trúc magnetite Fe3O4 Fe3+ Lỗ trống tứ diện TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Tổng momen từ từ Fe2+ magneton Bohr • Các momen từ từ Fe3+ vị trí tứ diện bát diện triệt tiêu • Một tổng gồm Do đó, tổng momen từ 32 magneton Bohr/ơ • Thể tích sở: V a 8,37 10 8 5,86 1022 cm3 • Số momen từ/đơn vị thể tích: 32magneton / ô 22 5, 46 10 magneton / cm 5,86 1022 cm / ô TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU 32magneton / oâ 22 5, 46 10 magneton / cm 5,86 1022 cm / oâ 5, 46 1022 magneton / cm3 9, 274 1024 Am / magneton 0,51Am / cm 5,1105 A / m • Từ trường trạng thái bão hòa: Bsat M sat 4107 5,1105 0, 64T TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Chế tạo cuộn solenoid có độ từ cảm 2000 gauss • Dịng điện 10mA qua cuộn dây • Cuộn dây dài 1cm quấn thành 10 vịng • Chọn lựa vật liệu thích hợp dựa vào độ từ thẩm tương đối TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Cường độ từ trường tạo cuộn dây: nI H l 10 10 103 10 10 2 10A / m • Độ từ thẩm: B 2000 15873gauss / oersted H 0,126 • Vật liệu cần có độ từ thẩm tương đối đạt tối thiểu: 15873 r 15873 0 TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Đặt chất thuận từ mà nguyên tử có lưỡng cực từ nội 1x10-23J/T từ trường 0,5T • Xác định nhiệt độ mà động tịnh tiến trung bình ngun tử khí lượng cần thiết để đổi chiều lưỡng cực từ trường TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Năng lượng lưỡng cực từ µ từ trường B: W àB ã i chiu ca lng cc t, nng lng ú bng: W ' àB ã Nng lượng cần để đổi chiều lưỡng cực: W W W ' B B 2B • Động tịnh tiến trung bình nguyên tử: U kT TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Động tịnh tiến trung bình lượng cần thiết để đổi chiều lưỡng cực • Suy ra: ∆W = U 2B kT 23 10 0,5 4B T 0, 483K 23 3k 1,38 10 TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU HIỆU ỨNG SẮT TỪ TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Sắt số nguyên tố khác hay hợp kim nguyên tố tồn tương tác đặc biệt gọi liên kết trao đổi • Liên kết đóng vai trị xếp lưỡng cực nguyên tử song song vững chắc, bất chấp xu hướng hỗn loạn chuyển động nhiệt • Hiện tượng gọi hiệu ứng sắt từ • Đây hiệu ứng lượng tử, khơng thể giải thích vật lý cổ điển TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Nếu nhiệt độ vật liệu sắt từ vượt giá trị gọi nhiệt độ Curie, liên kết trao đổi hiệu lực • Ví dụ: sắt có nhiệt độ Curie 1043K (770oC) • Đa số vật liệu trở thành chất thuận từ TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU BM Các đường cong từ hóa vật liệu sắt từ khơng trùng với tăng c giảm từ trường ngồi (B0) a e b B0 d • Hiện tượng đường từ hóa khơng trùng gọi tượng từ trễ • Đường cong bcdeb gọi vòng từ trễ “Hãy theo đuổi ưu tú, thành công theo đuổi bạn” ...TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Một dây dẫn thẳng dài có bán kính R = 1,5mm • Dịng điện qua dây có giá trị khơng đổi i = 32A • Tính từ trường... 103 TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Tính lực đơn vị diện tích (kN/m2) nam châm vĩnh cữu • Biết độ từ hóa bão hịa μ0M = 1,61T • Biết độ từ thẩm chân khơng μ0 = 4πx1 0-7 H/m TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU... 4107 TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU • Tính tổng momen từ đơn vị thể tích vật liệu magnetite • Tính mật độ dịng bão hịa TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU Magneton Bohr (μB): đơn vị momen từ e B 2m e Trong