. Hạt nhân gương: là những hạt nhân ñồng khối lượng trong đó số proton của
VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU 7.1 Vật liệu từ.
7.1.4. Từ trường tổng hợp trong chất thuận từ và nghịch từ.
a.Nghịch từ.
Phép tắnh toán gần ựúng bán cổ ựiển với một vỏ nguyên tử ựối xứng cầu cho thấy: 0 _ 2 2 6m B r Z e P e m − = ∆ (7 - 5) Trong đó Z là số electron, −2
r là trung bình bình phương khoảng cách từ các electron tới hạt nhân của nguyên tử.
Hiệu ứng nghịch từ xảy ra chung cho bất cứ nguyên tử nào. Tuy nhiên, vì
m
P
∆ rất nhỏ so với Pm nên bị hiệu ứng khác mạnh hơn che lấp. Vì vậy, trên thực tế,
chỉ có những vật liệu nào có momen ngun tử bằng khơng thì mới có hiện tượng
nghịch từ. Ta gọi chúng là những vật liệu nghịch từ. đó là những chất như các khắ trơ, các chất Pb, Zn, Si, Ge, S, CO2, H2O,... thủy tinh và ựa số các hợp chất hữu cơ.
Khi ựặt chất nghịch từ vào trong một từ trường ngoài, thực nghiệm và lắ thuyết chứng tỏ rằng vectơ từ hóa M (theo ựịnh nghĩa, là momen từ của một ựơn vị thể tắch vật liệu) tỉ lệ thuận và ngược chiều với từ trường ngoài:
0 0 B H V P M m m V m ộ χ χ = = ∆ ∆ ≡ ∑ ∆ (7 - 6)
Trong đó hệ số tỉ lệ χm < 0 và ựược gọi là hệ số từ hóa nghịch từ của vật liệu. Còn từ trường riêng gây bởi hiện tượng từ hóa liên hệ với vectơ từ hóa M
theo hệ thức:
M
B'≡ộo (7 - 7) Từ trường tổng hợp trong vật liệu ựược xác ựịnh bởi
MH H B B B= 0+ '=ộ0 +ộ0 (7 - 8) Hay: B=B0 +B'=B0 +χmB0 =(1+χm)B0 đặt: 1 + χm = ộ (7 - 9) ta ựược B=ộB0 =ộộ0H0 (7 - 10)
ộ chắnh là ựộ từ thẩm chắnh tỉ ựối của vật liệu. đối với vật liệu nghịch từ,
χm âm và rất nhỏ nên: ộ =1 + χm ≤ 1
b.Thuận từ.
Vật liệu thuận từ là những chất có momen từ nguyên tử khác không (Pm ≠0) như các kim loại kiềm: Al, NO, Pt, O2, N2 , khơng khắ , êbonắt, các ựất hiếm, v.v... (trừ Cu, Ag, Sb, Bi). Khi vắng mặt từ trường ngoài, do chuyển ựộng nhiệt, các momen nguyên tử hướng hoàn toàn hỗn loạn nên tổng vectơ momen từ của cả khối vật liệu bằng không - vật liệu khơng có từ tắnh vĩ mơ. Nhưng khi có mặt từ trường ngoài, các momen từ nguyên tử của vật liệu có khuynh hướng quay lại sắp xếp theo hướng của từ trường ngoài, nhưng chuyển ựộng nhiệt lại có khuynh hướng làm cho chúng sắp xếp hỗn loạn. Dưới tác dụng ựồng thời của cả hai nguyên nhân, các momen từ nguyên tử có một sự ựịnh hướng thống kê ưu tiên thuận theo hướng
của từ trường ngồi (hình 7.1b). đó chắnh là hiệu ứng thuận từ.
Kết quả là tổng vectơ momen từ nguyên tử của khối vật liệu khác khơng - vật liệu ựã bị từ hóa. Vectơ từ hóa M tỉ lệ thuận và cùng chiều với từ trường ngồi.
Ta lại có hệ thức giống như (7 - 7) nhưng trong ựó hệ số tỉ lệ χm >0 và ựược gọi là
hệ số từ hóa thuận của vật liệu.
a)
b)
Hình 7.2 Các momen từ nguyên tử khi khơng có mặt và khi có mặt từ trường ngồi. a) trong vật liêu nghịch từ; b) trong vật liệu thuận từ.
Các hệ thức khác cho từ trường riêng B'gây bởi sự từ hóa, từ trường tổng hợp B trong vật liệu và ựộ từ thẩm tỉ ựối của vật liệu vẫn ựược viết như (7 - 7), (7- 8) và (7 - 9) ở trên, chỉ khác là χm > 0 và ộ =1 +χm ≥ 1
Tuy χm << 1, nhưng giá trị của nó đóng vai trị hết sức quan trọng trong nhiều lĩnh vực vật lắ kỹ thuật hiện ựại như cộng hưởng từ, siêu dẫn và vật liệu công nghệ cao khác.
H = 0
7.2. điện môi.