CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Ảnh hưởng của số lượng nam châm lên sự phân bố của từ trường bề mặt
Mơ hình 1 nam châm
Mơ hình một nam châm vuơng c kích thước là 10×10 µm2
, chiều dày h=4 µm đư c miêu tả trong hình 3.1a. Với mơ hình này t trường đư c khảo sát theo hai đường trên ề mặt c a nam châm là đường màu đen ở trung tâm c a nam châm và đường màu đ ở mép c a nam châm , với cảm ứng t dư Br=1 T.
(a)
(b)
(c)
Hình 3.1 a) Mơ hình 1 nam châm, b) hình ảnh từ trường bề mặt của một nam
châm khảo sát dọc theo đường màu đen, c) hình ảnh từ trường bề mặt của một nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ.(d là khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm).
Kết quả khảo sát t trường dọc theo đường màu đen hình 3.1 cho thấy t trường giảm dần khi ta tăng khoảng cách t đầu đo đến ề mặt nam châm (d). Kết quả khảo sát t trường dọc theo đường màu đ (hình 3.1c) cũng cho thấy t trường giảm dần khi ta tăng khoảng cách t đầu đo đến ề mặt nam châm. Chúng ta c thể thấy khi khảo sát theo đường màu đen và đường màu đ thì t trường đạt cực đại tại vị trí y = 0 khi khoảng cách t đầu đo đến ề mặt nam châm tăng t 2 µm đến 10 µm. Tại vị trí d =1 µm đỉnh cực đại gần như phẳng do các đường sức t ở sát ề mặt nam châm đều c hướng đi lên, lúc này chúng chưa c hướng đi ra hai ên. Khi khoảng cách d > 15 µm thì t trường giảm dần về 0 vì khoảng cách này rất xa ề mặt nam châm, khoảng cách này lớn hơn 3,75 lần chiều dày c a nam châm nên c thể các đường sức t khơng vư t qua đư c giới hạn này.
T kết quả đo trên hình 3.1 và hình 3.1c, các giá trị t trường cực đại Bzmax đư c liệt kê trong ảng 3.1. Ta thấy ở c ng một khoảng cách t đầu đo đến ề mặt nam châm c ng khoảng cách d thì giá trị zmax khảo sát theo đường màu đen lớn hơn đường màu đ , c nghĩa là t trường ở trung tâm c a nam châm lớn hơn t trường ở mép c a nam châm. Điều này là ph h p với sự phân ố c a đường sức t do nam châm tạo ra, các đường sức t tập trung nhiều ở trung tâm c a nam châm nên t trường ở trung tâm c a nam châm lớn hơn ở mép c a nam châm.
Bảng 3.1 Giá trị Bzmax khảo sát dọc theo đường màu đen và đường màu đỏ.
Kích thước nam châm Khoảng cách từ đầu đo tới bề mặt nam châm d (µm) Bzmax (T) khảo sát theo đường màu đen Bzmax (T) khảo sát theo đường màu đỏ Chiều dài l (µm) Chiều rộng w (µm) Chiều dày h (µm) 10 10 4 1 0,245 0,208 2 0,196 0,143 3 0,153 0,106 4 0,118 0,081 5 0,091 0,064 10 0,028 0,022 15 0,011 0,009
Mơ hình 2 nam châm
Hình 3.2a là mơ hình 2 nam châm vuơng c kích thước là 10×10 µm2, dày 4 µm, khoảng cách gi a 2 nam châm là 10 µm. T trường đư c khảo sát dọc theo đường màu đ c a mơ hình tại các khoảng cách d khác nhau, với cảm ứng t dư r = 1 T.
(a)
(b)
Hình 3.2 a) Mơ hình 2 nam châm, b) hình ảnh từ trường của mơ hình 2 nam
châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau.(d là khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm).
Kết quả khảo sát t trường dọc theo đường màu đ đư c thể hiện trên hình 3.2 , ta thấy giá trị zmax giảm, giá trị zmin tăng, khoảng cách t đỉnh cực đại tới đỉnh cực tiểu giảm khi tăng khoảng cách t đầu đo tới ề mặt nam châm. Điều này là ph h p với sự phân ố c a đường sức t do nam châm tạo ra, ở gần ề mặt nam châm tập trung nhiều đường sức t nhất nên t trường sẽ lớn nhất, càng xa ề mặt nam châm các đường sức t sẽ ít hơn nên t trường giảm dần. Khi đầu đo cách ề mặt nam châm một khoảng d > 15 µm t trường sẽ giảm về khơng, lúc này sẽ khơng cịn các v ng t trường iến thiên n a, vì ở khoảng cách này đầu đo quá xa ề mặt nam châm, cĩ thể các đường sức t khơng thể tới đư c khoảng cách này. Ở mơ hình 1 nam châm ta chỉ thấy c 1 đỉnh t trường cực đại, ở mơ hình 2 nam châm ta đã thấy xuất hiện thêm 1 đỉnh t trường cực đại và 1 đỉnh t trường cực tiểu. Vậy là nếu ta tăng số lư ng nam châm lên thì chúng ta sẽ c thêm các v ng t trường iến thiên.
Mơ hình 3 nam châm
(a)
(b)
Hình 3.3 a) Mơ hình 3 nam châm, b) hình ảnh từ trường của mơ hình 3 nam
châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau.(d là khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm).
Mơ hình 3 nam châm vuơng c kích thước là 10×10 µm2, dày 4 µm, khoảng cách gi a 2 nam châm là 10 µm đư c miêu tả trên hình 3.3a và kết quả khảo sát t trường dọc theo đường màu đ c a mơ hình với cảm ứng t dư r = 1 T đư c thể hiện trên hình 3.3 . Với mơ hình 3 nam châm ta thấy cũng giống như mơ hình 2 nam châm là t trường đều giảm khi tăng khoảng cách t đầu đo đến ề mặt nam châm, khi khoảng cách t đầu đo đến ề mặt nam châm d > 15 µm thì t trường giảm dần về 0. Nhưng khác với mơ hình 2 nam châm là sự xuất hiện thêm c a các đỉnh cực đại và đỉnh cực tiểu, tức là xuất hiện thêm các vùng t trường iến thiên. Vậy là khi ta tăng số lư ng nam châm lên thì ta sẽ c thêm các v ng t trường iến thiên.
ảng 3.2 là kết quả Bzmax, Bzmin c a mơ hình 2 nam châm và 3 nam châm, chúng ta c thể thấy khi tăng số lư ng nam châm lên thì giá trị zmax giảm, giá trị zmin giảm, khoảng cách t đỉnh cực đại và đỉnh cực tiểu vẫn gi nguyên. Trong mơ hình c nhiều nam châm thì một nam châm sẽ chịu ảnh hưởng c a t trường do các nam châm khác tạo ra. Khi ta tăng số lư ng nam châm lên thì một nam châm sẽ chịu ảnh hưởng c a nhiều nam châm hơn, vì vậy mà giá trị zmax, Bzmin mới thay đổi.
Bảng 3.2 Giá trị Bzmax, Bzmin khảo sát dọc theo đường màu đỏ của mơ hình 2 nam châm và 3 nam châm.
Số lượng
nam châm
Kích thước nam châm Khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm d (µm) Bzmax (T) Bzmin (T) Chiều dài l (µm) Chiều rộng w (µm) Chiều dày h (µm) 2 10 10 4 1 0,242 -0,045 2 0,193 -0,027 3 0,15 -0,012 5 0,089 0,0065 10 0,028 0,014 3 10 10 4 1 0,241 -0,046 2 0,192 -0,028 3 0,149 -0,013 5 0,088 0,0066 10 0,027 0,013
Mơ hình 4 nam châm
Mơ hình 4 nam châm vuơng c kích thước là 10×10 µm2
, dày 4 µm, khoảng cách gi a 2 nam châm là 10 µm đư c thể hiện trên hình 3.4a, kết quả khảo sát t trường trên ề mặt nam châm, với cảm ứng t dư r = 1 T đư c thể hiện trong hình 3.4 . Cũng giống như các mơ hình 2 nam châm, 3 nam châm, t trường khảo sát theo đường màu đen t trường trên ề mặt nam châm giảm khi ta tăng khoảng cách t đầu đo đến ề mặt nam châm và đến khoảng cách d > 15 µm khơng cịn xuất hiện các v ng t trường iến thiên trên ề mặt nam châm, lúc này t trường sẽ giảm dần về 0. Trong 3 mơ hình: 2 nam châm, 3 nam châm, 4 nam châm ta đều thấy t trường đạt cực tiểu tại vị trí gi a các nam châm, vậy nếu khi ta cho các phần tử sinh học trên ề mặt c a các nam châm thì các phần tử sinh học này sẽ ị rơi vào v ng c năng lư ng t trường nh , đ chính là vị trí gi a các nam châm.
(a)
(b)
(c)
Hình 3.4 a) Mơ hình 4 nam châm, b) hình ảnh từ trường của mơ hình 4 nam
châm được khảo sát dọc theo đường màu đen tại khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường của mơ hình 4 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau.d là khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm).
Hình 3.4c là kết quả khảo sát t trường dọc theo đường màu đ c a mơ hình 4 nam châm, đây chính là hình ảnh t trường tại vị trí gi a các nam châm. Chúng ta c thể thấy, ở khoảng cách d < 3 µm t trường đạt cực đại tại vị trí gi a 4 nam châm, nhưng khi ở khoảng cách d > 3 µm t trường đạt cực tiểu tại vị trí gi a 4 nam châm. Điều này ph h p với sự phân ố c a đường sức t tạo ởi các nam châm, đường sức t ở vị trí gi a 4 nam châm là h p lực c a 4 đường sức t tạo ra ởi 4 nam châm. Ở khoảng cách d < 3 µm các đường sức t ắt đầu hướng xuống dưới, h p lực lúc này nh nên năng lư ng t trường ở vị
trí gi a 4 nam châm lúc này đạt cực đại, ở khoảng d > 3 µm các đường sức t lúc này đã hướng xuống dưới nhiều hơn nên h p lực lực lúc này là lớn nên tại vị trí này năng lư ng t trường là cực tiểu. Đến khoảng cách d > 15 µm lúc này khơng cịn tồn tại các v ng t trường iến thiên n a, t trường giảm dần về 0, tại khoảng cách này các phần tử sinh học sẽ khơng chịu tác dụng c a t trường trên ề mặt nam châm n a. Vậy khi ở khoảng cách 3 µm < d < 15 µm thì các phần tử sinh học sẽ tập trung nhiều tại vị trí gi a 4 nam châm. Kết quả khảo sát tương tự đối với mơ hình 6 nam châm và 9 nam châm.
Mơ hình 6 nam châm
(a)
(b)
(c)
Hình 3.5 a) Mơ hình 6 nam châm, b) hình ảnh từ trường của mơ hình 6 nam
châm được khảo sát dọc theo đường màu đen tại khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường của mơ hình 6 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau.
Mơ hình 9 nam châm
Kết quả khảo sát t trường ề mặt c a mơ hình 9 nam châm giống với kết quả c a các mơ hình trên. Sự khác iệt ở đây chỉ là sự xuất hiện thêm c a các v ng t trường iến thiên vì số lư ng nam châm đã tăng lên. Mơ hình 9 nam châm đư c miêu tả trong hình 3.6a, kết quả khảo sát t trường dọc theo đường màu đen và đường màu xanh c a mơ hình đư c thể hiện trong hình 3.6b và 3.6c.
(a) (b)
(c)
Hình 3.6 a) Mơ hình 9 nam châm, b) hình ảnh từ trường của mơ hình 9 nam
châm được khảo sát dọc theo đường màu đen tại khoảng cách d khác nhau, c) hình ảnh từ trường của mơ hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu xanh tại khoảng cách d khác nhau.(d là khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm).
Khi khảo sát dọc theo đường màu đen chúng ta cũng thấy t trường trên ề mặt nam châm giảm dần khi tăng khoảng cách t đầu đo đến ề mặt nam châm. Đến khoảng cách d > 15 µm thì khơng cịn xuất hiện các v ng t trường iến thiên n a, t trường lúc này sẽ giảm dần về khơng. Kết quả khảo sát t trường dọc theo đường chéo màu xanh c a mơ hình tương tự như khi chúng ta khảo sát theo đường màu đen, vì đây đều là hình ảnh t trường trên ề mặt nam châm. Hình 3.7 là kết quả khảo sát t trường tại vị trí gi a các nam châm, chúng ta thấy rằng khi d > 15 µm sẽ khơng cịn tồn tại các v ng t trường iến thiên n a. Vì vậy mà khi d < 15 µm các phần tử sinh học sẽ ị ắt gi tại vị trí gi a các nam châm, khi d > 3 µm thì các phần tử sinh học sẽ tập trung nhiều tại vị trí gi a 4 nam châm. Kết quả khảo sát tương tự khi chúng ta tiếp tục tăng số lư ng nam châm.
Hình 3.7 Hình ảnh từ trường của mơ hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo
đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau.(d là khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm).
3.2 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước nam châm lên sự phân bố của từ trường bề mặt
Mơ hình 9 nam châm vuơng c kích thước là 10×10 µm2, dày 4 µm, khoảng cách gi a 2 nam châm ằng với kích thước nam châm, t trường đư c khảo sát dọc theo đường màu đ c a mơ hình khi kích thước nam châm thay đổi (hình 3.6a). Kết quả khảo sát t trường dọc theo đường màu đ c a mơ hình 9 nam châm c kích thước 10×10 µm2 đư c thể hiện trên hình 3.7. Chúng ta cĩ thể thấy năng lư ng t trường tại vị trí trung tâm gi a 4 nam châm lớn hơn các vị trí gi a 2 nam châm tại khoảng cách d < 3 µm. Tại vị trí cao hơn d > 3 µm
năng lư ng t trường ở trung tâm c a 4 nam châm trở lên nh nhất. Khi ở vị trí quá xa ề mặt nam châm d >15 µm thì t trường sẽ giảm dần về 0. Vậy là tại khoảng cách d < 15 µm các phần tử sinh học sẽ ị ắt gi tại vị trí gi a các nam châm và tập trung nhiều tại vị trí gi a 4 nam châm khi d >3 µm. Khi tăng kích thước c a nam châm thì tại khoảng cách nào các phần tử sinh học sẽ tập trung tại vị trí gi a 4 nam châm, chúng ta sẽ xét các nam châm c kích thước 20×20 µm2, 30×30 µm2, 50×50 µm2, 100×100 µm2 để iết câu trả lời.
(a) (b)
(c) (d)
Hình 3.8 a) hình ảnh từ trường của mơ hình 9 nam châm, kích thước 20×20
µm2 được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau, b) kích thước 30×30 µm2
, c) kích thước 50×50 µm2, d) kích thước 100×100 µm2.(d là khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm).
Với các nam châm c kích thước 20×20 µm2
(hình 3.8a) chúng ta c thể thấy tại khoảng cách d = 5 µm khoảng cách gi a đỉnh cực đại và đỉnh cực tiểu rất ngắn, tại khoảng cách d < 6 µm cường độ t trường tại vị trí trung tâm gi a 4 nam châm là lớn hơn các vị trí xung quanh. Tại vị trí cao hơn d >6 µm t trường ở trung tâm c a 4 nam châm lại trở lên nh nhất. Khi ở vị trí quá xa ề mặt nam châm d >30 µm thì t trường sẽ giảm về 0. Vậy là tại khoảng cách d < 30 µm các phần tử sinh học sẽ ị ắt gi tại vị trí gi a các nam châm và tập trung nhiều tại vị trí gi a 4 nam châm khi d >6 µm.
Đối với nam châm c kích thước 30×30 µm2
(hình 3.8b) cường độ t trường tại vị trí trung tâm gi a 4 nam châm là lớn hơn các vị trí xung quanh tại khoảng cách d < 10 µm. Tại vị trí cao hơn d > 10 µm t trường ở trung tâm c a 4 nam châm lại trở lên nh nhất. Khi ở vị trí quá xa ề mặt nam châm d >50 µm thì t trường sẽ giảm về 0. Vậy là khi nam châm c kích thước 30×30 µm2thì tại khoảng cách d < 50 µm các phần tử sinh học sẽ ị ắt gi tại vị trí gi a các nam châm và tập trung nhiều tại vị trí gi a 4 nam châm khi d > 10 µm.
Khi kích thước nam châm là 50×50 µm2
(hình 3.8c), năng lư ng t trường tại vị trí trung tâm gi a 4 nam châm là lớn hơn các vị trí xung quanh tại khoảng cách d < 20 µm. Tại vị trí cao hơn d > 20 µm t trường ở trung tâm c a 4 nam