không thể quay một cách dễ dàng theo phương của độ từ hóa và các vách mơmen khơng dịch chuyển một cách dễ dàng nên việc tạo mơmen tương đối khó. Để ngăn cản việc quay các mômen, vật liệu phải có một sự dị hướng từ tinh thể đơn trục mạnh. Nói cách khác, sự dị hướng từ hình dạng xảy ra trong các hạt có dạng hình kim, ở đó, năng lượng tĩnh từ sẽ nhỏ khi độ từ hóa nằm trong trục dọc của hình kim so với trục ngang. Nếu kích thước của hạt từ giảm xuống đến một kích thước ngưỡng mà ở đó sự giảm trong năng lượng tĩnh từ bằng việc tách thành hai mômen sẽ nhỏ hơn so với việc tăng năng lượng khi đưa vào vách mơmen. Các hạt ở dưới kích thước ngưỡng được gọi là “các hạt đơn mômen”, và nếu chúng có độ dị hướng đủ cao để ngăn cản việc quay hướng của độ từ hóa thì các hạt sẽ giữ lại từ tính và khó bị khử từ. Cơ chế lực kháng từ loại này có thể được quan sát trong các nam châm NdFeB phun- nóng chảy. Ở đó kích thước tinh thể là ~50 nm, so với kích thước ngưỡng cho các hạt đơn đômen là ~ 300 nm.
Các nam châm vĩnh cửu cũng có thể chống lại sự khử từ bằng cách chốt chặt các vách đômen. Trong các nam châm loại Sm2(Co, Fe, Cu, Zr )17, điều này đã đạt được bởi sự có mặt của pha SmCo5, trong đó năng lượng vách đơmen thấp hơn đáng kể so với năng lượng của pha Sm2Co17. Vì vậy các vách đơmen đã bị chốt chặt bên trong pha SmCo5 nên cả hai q trình từ hóa và khử từ đều khó khăn. Các nam châm vĩnh cửu cũng có thể đạt được lực khử từ bằng việc tạo ra các mơmen mới. Cơ chế này có thể tìm thấy trong các nam châm vĩnh cửu NdFeB thiêu kết, ở đó, một pha biên hạt không từ tác dụng làm trơn các biên hạt khi dịch chuyển các vị trí có thể tạo mơmen. Các nam châm vĩnh cửu khó bị từ hóa vì trạng thái ban đầu đã có vài đơmen trong mỗi tinh thể, nhưng khó để khử từ bởi vì điều này địi hỏi tạo ra các mômen ngược mới.
3.4. Nam châm vĩnh cửu
Nam châm vĩnh cửu là loại nam châm được cấu tạo từ các vật liệu từ cứng có khả năng giữ từ tính không bị mất từ trường, được sử dụng như những nguồn tạo từ trường.
Nguồn gốc của nam châm vĩnh cửu: Vào khoảng năm 800 TCN, người Hy Lạp tìm
thấy một loại đá lạ màu đen. Thales – nhà bác học, người thành Mietus ( Hy Lạp) – đã mô tả đầu tiên về hiện tượng hút kim loại của loại đá lạ này. Vùng đất mà người ta tìm thấy loại đá này lần đầu là Magnesi nên người ta lấy nó mà đặt tên cho loại đá này (Magnetite – ma-nhê- tit), và sau này bất cứ cái gì có đặc tính giống như nó được đều gọi chung là nam châm – Magnet. Nhưng thực ra người Hy Lạp chưa phải là đầu tiên khám phá ra khả năng quay về phương bắc của nó (ngun lí la bàn). Người Trung Hoa đã khám phá ra điều này khoảng 300 năm sau và kim la bàn được định nghĩa từ đó.
Hình 3.16. Nam châm thanh chữ I
Đặc điểm: Nam châm là một nguồn từ có hai cực: Bắc và Nam, và một từ trường tạo từ các đường từ đi từ cực Bắc (N) đến cực Nam (S).
Hình 3.17. Nam châm hình chữ U
Sự tương tác của các cực từ cũng giống như tương tác giữa các điện tử: các cực cùng loại đẩy nhau và các cực khác loại hút nhau. Tuy nhiên, có một sự khác nhau cơ bản giữa cực từ và điện tử là các cực từ bao giờ cũng xuất hiện thành từng cặp có cùng cường độ và khác
loại.
Nếu bẻ gãy một đầu cực của nó thì phần cịn lại vẫn là một thanh nam châm với đầy đủ hai cực do đó ta khơng thể tách cực Bắc và cực Nam của một thanh nam châm ra khỏi nhau cho dù thanh nam châm đã trở nên vô cùng nhỏ. Trong cuộc sống hằng ngày, có thể nhận ra nam châm là các vật có khả năng hút và đẩy vật bằng sắt hay thép non. Cho đến nay, hầu hết các vật dụng, thiết bị điện từ chúng ta đang sử dụng ít nhiều đều có ứng dụng ngun lí của nam châm.
Hình 3.18. Sự phân bố cực tính bên trong nam châm vĩnh cửu
Từ trường của nam châm:
Khái niệm đường sức từ:
- Các mũi tên là các kim nam châm chỉ hướng của từ trường. - Hình bên là một đường sức từ của thanh nam châm.
Đường sức từ của thanh nam châm
Hình 3.20. Đường sức từ của thanh nam châm
Đường sức từ của hai thanh nam châm có hai cực khác tên đặt gần nhau.
Hình 3.21. Hai nam châm khác cực đặt gần nhau
Đường sức từ của hai thanh nam châm có hai cực cùng tên đặt gần nhau.
- Đường sức từ của nam châm chữ U (hình móng ngựa). - Các đường sức từ ở giữa hai cực của nam châm hình chữ U là các đường gần như song song với nhau và cách nhau khá đều. Từ đó, ta có thể coi từ trường trong khoảng giữa hai cực của nam châm hình chữ U là từ
trường đều. Hình 3.23. Đường sức từ của nam châm chữ U
3.5. Phân loại nam châm vĩnh cửu
3.5.1. Phân loại theo vật liệu