Vectơ cường độ từ trường M
B H o Trong đóM
là vectơ từ hoá. Trong chân không M 0 ta có
0 B H
“Thiên tài làm cho cái bình dị trở thành cái vĩ đại, kẻ tầm thườnglàm cho cái đơn giản trở thành cái phức tạp” làm cho cái đơn giản trở thành cái phức tạp”
phân tử được định hướng càng mạnh, nghĩa là vectơ từ hoá càng lớn. Nhiều thí nghiệm đã chứng tỏtrong các chất thuận từ và nghịch từ đồng nhất dẳng hướng vectơ, vecơ M
tỷ lệ với cường độ từ trườngH
. Trong hệ SI có thể viết:
H M m
Hệ số m được gọi là hệ số từ hoá hay là độ cảm từ của từ môi. Vì M
trùng thứ nguyên với H
nênm không có thứ nguyên.
Hệ sốm của một chất phụ thuộc vào bản chất và trạng thái (nhiệt độ) của từ môi. Nhiều thí nghiệm chứng tỏ, Đối với các chất thuận từ và nghịch từ giả trị của m
nhỏ hơn 1 nhiều. Những chất đó có từ tính yếu. Đối với chất thuận từ thì m>0 còn đối với chất nghịch từ thìm<0. Đối với chất sắt từm>>1. Ngoài ra độ từ hoá của chất sắt từ còn phụ thuộc vào từ trường ngoài.
Độ từ thẩm tương đối
Mối liên hệ giữa vectơ cảm ứng từ trong từ môi thayB
và từ trường H trong từ môi H B H m o Ta rút ra được 0 1 0 B B H m
Trong đó 1 m được gọi là độ từ thẩm tương đối của môi trường so với chân không. Đối với chất thuận từ m>0 do đó>1. Đối với chất nghịch từ m<0 nên <1. Vì các chất thuận từ và nghịch từ đều có m<<1 nên 1. Đối với chất sắt từ
m
>>1 do đó>>1. Nhu vậy có thể dựa vào mhoặccủa các chất để phân loại chúng. Từ công thức H B o .
Trong môi trường đồng chất và đẳng hướng hai vectơH vàB
cùng phương và cùng chiều.
8.1.2. Mô tả vi mô
Chuyển động của các điện tử trong nguyên tử tạo nên các đám mây điện tích. Chính chuyển động quỹ đạo đó là một trong những nguyên nhân gây ra từ tính của nguyên tử làm cho nguyên tử có một mômen từ. Một nguyên nhân khác làspin, có thể được hình dung thô thiển như sự tự quay của điện tử, mặc dù về bản chất spin là một khái niệm chỉ có trong cơ học lượng tử. Như vậy, từ tính của nguyên tử có hai nguồn gốc: spin và quỹ đạo, mômen từ tương ứng với hai nguồn gốc này được gọi làmômen từ spin và mô men từ quỹ đạo.
Giải thích sự từ hoá của các chất
nên, nguyên tử lại do các nhân nguyên tử và các hạt điện cấu tạo thành. Các hạt điện liên tục vận động trong nguyên tử và xoay chuyển xung quanh hạt nhân nguyên tử, hai loại vận động này sẽ sinh ra từ tính. Nhưng, trong đa số các vật chất, phương thức vận động của các hạt điện là hoàn toàn khác nhau và rất hỗn loạn, điều này làm cho hiệu ứng từ bên trong các vật chất tự triệt tiêu lẫn nhau. Vì vậy, trong trường hợp bình thường, các vật chất đều không có từ tính.
-Chất thuận từ và nghịch từ
Có tính từ hoá yếu, nguyên nhân chủ yếu là do các dòng điện phân tử. Tuỳ theo sắp xếp của các dòng điện này có thể xảy ra hai khả năng:
-Một là từ trường của các dòng điện trong phân tửkhử lẫn nhau hoàn toàn; kết quả là phân tửkhông có từ tính, thuộc loại chấtnghịch từ.
-Hai là từ trường của các dòng điện trong phân tử khử lẫn nhau không hoàn toàn;kết quả là phân tửcó từ tính, thuộc loạichất thuận từ.
Khi các chất thuận từ và nghịch từ đặt trong từ trương ngoài thì chúng bị từ hoá, nhưng nếu từ trường ngoài triệt tiêu thì từ tính của các vật này cũngg bịmất rất nhanh.
-Các chất sắt từ
Có tính từ hoá mạnh, do cấu trúc đặc biệt về phương diện từ. Mỗi mẫu sắt được cấu tạo từ vô số miền từ hoá tự nhiên. Mỗi miền từ hoá được xem là một “kim nam châm nhỏ”. Bình thường thì các kim nam châm nhỏ sắp xếp hỗn độn khi đó thanh sắt không có từ tính. Đặt thanh sắt vào từ trường ngoài thì dưới tác dụng của từ trường ngoài, Các kim nam châm nhỏ có xu hướng sắp xếp theo theo từ trường ngòai khi đó thanh sắt có từ tính. Các chất sắt từ chia làm hai loại: từ cứng (hard magnet) và từ mềm (soft magnet). Vật liệu từ cứng có thể dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửuhoặc được sử dụng làm vật liệu ghi từ trong cácổ đĩa cứng, cácbăng từ. Vật liệu sắt từ mềm thường được dùng làm vật liệu hoạt động trong trường ngoài, ví dụ như lõi biến thế, lõi nam châm điện, các lõi dẫn từ...http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/java/domains/index.html
8.2.Nam châm
8.2.1. Cấu tạo
Nam châm có hai cực đó là cực Bắc và cực Nam. Không thể tách hai cực này rời nhau. Nếu ta bẻ gãy một thanh nam châm thì ta lại nhận được các nam châm nhỏ hơn, mỗi thanh đều có cực Bắc và cực Nam. Nếu ta tiếp tục bẻ thanh nam châm nhỏ hơn đến mức nhận được các nguyên tử và electron tạo nên nó, thì ta vẫn không tìm thấy cực từ cô lập, hay là đơn cực từ.
“Thiên tài làm cho cái bình dị trở thành cái vĩ đại, kẻ tầm thườnglàm cho cái đơn giản trở thành cái phức tạp” làm cho cái đơn giản trở thành cái phức tạp”
8.2.2. Nguồn gốc từ tính của nam châm
Nam châm thường được làm từ các nguyên liệu sắt từ như sắt, coban, niken hoặc sắt oxit… Từ tính của nam châm chủ yếu bắt nguồn từ sự chuyển động của các hạt mang điện. Trong chất sắt từ, các hạt mang điện có thể tự chuyển động và sắp xếp một cách tự phát trong phạm vi nhỏ, tức là trong phạm vi nguyên tử nhỏ bé, các hạt điện tử có thể duy trì phương hướng tự vận động giống nhau và hình thành nên một vùng từ tự phát nhỏ. Vùng từ tự phát này gọi là loại từ. Loại từ có độ lớn nhỏ khác nhau, mỗi loại từ chiếm khoảng 10-9 cm khối và chứa khoảng 1015 nguyên tử. Do phương hướng từ tính của các hạt điện tử trong một loại từ là giống nhau nên các từ tính tăng cường lẫn nhau. Một loại từ tương đương với một nam châm nhỏ, thể nam châm chính là do một số lượng lớn các nam châm nhỏ như vậy tạo thành.
Trước khi nhiễm từ, phương hướng từ tính của các loại từ bên trong nam châm là khác nhau, chúng hướng về mọi phía, kết quả là các từ trường có phương khác nhau sẽ triệt tiêu lẫn nhau và không thể hiện từ tính ra bên ngoài. Tuy nhiên, khi đã được tăng thêm từ trường bên ngoài vào, chúng sẽ lần lượt sắp xếp men theo hướng từ trường, được gọi là nam châm nhiễm điện và trở thành một miếng nam châm. Các hạt điện trong các chất không phải là sắt như đồng, bạc … mặc dù đã tăng từ trường bên ngoài, nhưng chúng vẫn không chịu sắp xếp theo trật tự mà vận động một cách hỗn loạn, vì vậy những vật chất này không bị nhiễm từ và cũng không có từ tính.
Nam châm có thể hút sắt chính là do nam châm có từ tính. Khi gần miếng sắt, từ trường của nam châm sẽ làm cho miếng sắt bị nhiễm từ, giữa nam châm và miếng sắt có cực từ khác nhau nên sẽ tạo ra lực hút, miếng sắt sẽ dính chặt vào miếng nam châm. Còn các kim loại khác như đồng, bạc… lại không bị từ trường của nam châm làm cho nhiễm từ và không sinh ra từ tính.Vì vậy, nam châm không thể hút được những kim loại này.
8.2.3. Phân loại nam châm
Nam châm vĩnh cửu mà chúng ta thường thấy có hai loại: nam châm nhân tạo và nam châm tự nhiên. Nam châm nhân tạo là do con người để một số nguyên liệu từ tính vào trong từ trường nhằm làm cho nó bị nhiễm từ, sao cho khi từ trường ở môi trường bên ngoài mất đi, các hạt điện trong nguyên liệu sắt từ tính vẫn được giữ nguyên, sắp xếp có trật tự, nhờ đó sẽ xuất hiện một từ tính bên ngoài rất mạnh. Còn nam châm tự nhiên là một loại quặng sắt trong tự nhiên, nó có từ tính vĩnh cửu dưới sự nhiễm từ của từ trường trái đất.