3.1. Nguồn gốc của từ tính
Để hiểu được vật liệu từ và nguyên tắc hoạt động của nam châm thì trước hết tìm hiểu mối tương quan giữa hiện tượng từ và hiện tượng điện. Để rõ hơn, nghiên cứu 2 ví dụ sau:
cuộn và nối cuộn dây với một ắc-quy. Một từ trường được tạo ra bên trong cuộn dây, nhưng nó chỉ tồn tại khi dịng điện vẫn cịn chạy qua cuộn dây.
Ví dụ 2: Một thanh nam châm thơng thường khơng có một mối liên hệ rõ ràng với dịng điện thì nó sẽ làm việc như thế nào?. Từ trường được tạo ra bởi nam châm được liên hệ với sự chuyển động và tương tác của các electron (các hạt tích điện âm) chuyển động theo quỹ đạo hạt nhân của mỗi nguyên tử. Hiện tượng điện là sự chuyển động của các electron ở trong một cuộn dây hoặc trong một nguyên tử, như vậy mỗi nguyên tử biểu hiện như một nam châm vĩnh cửu nhỏ xíu vốn có sẵn của nó. Electron đang quay trịn tạo ra một mơmen từ quỹ đạo của riêng nó, được đo bằng magneton Bohr (B), và cũng có một mômen từ spin tương ứng với nó vì electron tự quay, giống như Trái Đất quay trên trục của bản thân nó (được minh họa trên hình 3.1).
Trong hầu hết các vật liệu đều có mơmen từ tổng cộng, nhờ các electron tạo thành nhóm từng cặp, gây ra mơmen từ bị triệt tiêu bởi lân cận của nó. Trong các vật liệu từ nào đó, các mơmen từ với một tỷ lệ lớn của các electron đã được sắp xếp, khi tạo ra một từ trường đồng nhất. Trường được tạo ra trong vật liệu từ (hoặc bằng một nam châm điện) có một hướng chảy và nam châm bất kỳ nào cũng đều thể hiện một lực để cố gắng sắp xếp nó theo từ trường ngồi, giống như cái kim la bàn. Các lực này được sử dụng để điều khiển motor điện, tạo âm thanh trong một hệ loa, kiểm sốt cuộn tiếng trong CD player...
Hình 3.1. Quỹ đạo của một electron quay xung quanh hạt nhân của nguyên tử
3.2. Các đơn vị từ, thuật ngữ và phân loại các loại vật liệu từ
Độ từ hóa (M) của vật liệu: Mơmen từ trên một đơn vị thể tích của vật liệu.
Độ từ hóa riêng (): Mơmen từ trên một đơn vị khối lượng.
Cảm ứng từ (B) của vật liệu: Từ thông tổng cộng của từ trường đi qua một đơn vị tiết diện cắt ngang của vật liệu
0 là độ từ thẩm của chân không ( ), là tỷ số của B/H được đo trong
chân không.
Độ cảm từ của vật liệu:
Độ từ thẩm:
Độ phân cực từ:
Phân loại các loại vật liệu từ
(3.1) (3.2)
(3.3)
(3.4)
Hình 3.2. Bảng tuần hồn cc ngun tố
Từ bảng tuần hồn có thể biết bản chất từ của các nguyên tố: