BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG - CHƯƠNG 6 NHỮNG TÍNH CHẤT TỪ CỦA CÁC CHẤT docx

TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa Hμ nội... của điện tử chống lại từ trường ngoài Nh− §L Lenz dẫn đến tính chất nghịch từ của các chất.. Nghịch từ: Khi trong từ trư

Bμi giảng Vật lý đại cương

Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn

Viện Vật lý kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa Hμ nội

Ch−¬ng 6 nh÷ng tÝnh chÊt tõ cña c¸c chÊt

Khi nằm trong từ trường ngoài mọi

chất đều bị từ hoá và trong chúng có một

từ trường phụ riêng hay véc tơ c.− từ

0

B r

'

B r

Tính chất từ thể hiện qua việc hút các vật liệu Fe

=> Từ trường tổng hợp trong chất là:

'

0 B B

B r r r

+

=

ThuËn tõ

B>B0

'

↑↑

NghÞch tõ b<b0

'

↑↓

'

B r

B r

0

B r

'

B r

B r

S¾t tõ B>b0 nhiÒu

1 Bản chất của từ tớnh:

Cỏc điện tử quay quanh hạt nhõn giống như một dũng điện trũn và gõy ra momen từ quĩ

đạo của điện tử P rmL

Tần số

quay của

v f

π

= Dòng do điện tử i = ef = 2 ev π r

+

H P r mL

-i

dt

mL i S

=

Mômen động l−ợng:

v m r

L

Momen từ quĩ

2

evr r

r 2

ev iS

π

=

Hệ số từ cơ:

m 2

e L

PmL

−

= r

r

L m 2

e

−

=

• Cỏc điện tử cú spin với số lượng tử

spin ms↑ hoặc ms↓ cỏc momen spin

tạo ra cỏc momen từ spin quĩ đạo: S

m

e

−

=

+

- ms ↑

-↓

s

+

- ms ↑

H

h 1) s(s

h l

l( 1). L

= +

Cơ học l−ợng tử cho thấy:

Mômen động l−ợng

Mômen Spin

Dẫn đến tớnh chất từ của cỏc chất

S

J J

+

= Véc tơ từ hoá tổng cộng

Véc tơ từ hoá = mômen

từ của đơn vị thể tích V

P

ami

Δ

= ∑

Δ

r r

Dưới tác dụng của

từ trường ngoμi

H

r

χ

0

m B

r

μ

χ

=

χm Độ từ hoá

Tổng hợp cỏc momen từ của điện tử

thành mômen từ của nguyờn tử thứ i P rami

→

π

=

2 h

của điện tử chống lại từ trường ngoài (Nh− §L Lenz) dẫn đến tính chất nghịch từ của các chất

e

0 L

m 2

eB

= ω

Vận tốc góc Lamor

2 Nghịch từ:

Khi trong từ trường các điện tử có phản ứng như hạt tích điện chuyển động trong từ trường

và có thêm phần chuyển động tuế sai

χm <0

Phần dòng tương ứng dòng

cảm ứng của nguyên tử

e

0

2 L

m 4

ZB

e 2

1 )

eZ (

I

π

−

= π

ω

−

=

Δ

-PmL

<

−

= ρ

−

= πρ

Δ

= Δ

e

0

2 2

e

0

2 2

dt

m 6

ZB

e m

4

ZB

e

I S

I P

3 / r

2 y

2 =< > + < >= < >

ρ

3 / r

z y

x2 >=< 2 >=< 2 >=< 2 >

<

Nếu momen từ quĩ đạo spin bằng không ( Trong trường hợp số điện tử luôn chẵn nh− tinh thể khí trơ He) thì

Độ từ hoá của vật liệu

Momen từ cảm ứng nguyên tử

0

0 m

B

J

μ

= χ

Trong đó J m«men tõ một

đơn vị thể tích mẫu

Đây là nghịch từ lý tưởng

0

r m

6

Z e

n

0

2 e

2 0

m = − < > μ <

χ

Khi đặt trong từ trường ngoài, monen từ của

mạch điện và từ trường tương tác với nhau,

năng lượng tương tác bằng: W P .B

m m

r

r

−

=

VÐc t¬ tõ ho¸ của nguyên tử

h

r r

r

e

B B

ma mS

mL ma

m 2

e

; m

P

; P P

P

= + = − μ μ =

B0=0, do tác động của nhiệt độ các momen từ nguyên tử có định hướng hỗn loạn và tổng của chúng bằng 0

B0≠ 0, các mô men từ nguyên tử tương tác với

từ trường ngoài như các mô men từ của các dòng điện, tổng hợp các mô men từ khác không

3 Thuận từ:

Năng lượng tương tác: Trong từ trường các

momen từ nguyên tử có 2 mức năng lượng

B

.

B

μ

±

= ε

Phân bố của chúng tuân theo hàm phân bố

Boltzmann ở nhiệt độ T, Các hạt có momen từ

thuận theo từ trường: n = n0 exp( μB B k BT )

Trong trường hợp (μ B.B kBT) << 1

) T k

B (

n

C B

J T

k

n B

J

B

2 B 0

Trong đú C là hằng số Curie

Đõy là định luật Curie: Độ từ hoỏ tỷ lệ nghị với nhiệt độ tuyệt đối

4 Từ trường tổng hợp trong chất nghịch từ vμ

thuận từ

Phần đóng góp do các mômen quay

theo từ trường ngoμi: cùng chiều với P m Br ' 0Jr

μ

= J B

' B B

μ +

= +

=

Từ trường tổng hợp

0 0

m B

r

μ

χ

=

0 m

B

χ +

=

0 0

m )B B 1

(

μ

= χ

+

H

μ μ

= μ -Độ từ thẩm tỷ đối

Véc tơ cảm ứng từ tổng hợp trong các vật liệu thuận từ vμ nghịch từ tỷ lệ với véc tơ cảm ứng

từ B 0 trong chân không vμ bằng μ lần B 0

thuận từ χm.106 nghịch từ -χm.106 Nitơ 0,013 Heli 0,063 oxy 1,9 Nước 9,0

Êbonit 14 Thạch anh 15,1

Nhôm 23 Bismut 176

Platin 360

|χm| << 1 nên đối với các chất thuận từ vμ nghịch

từ μ=1+ χm≈ 1;

Thuận từ μ > 1, Nghịch từ μ<1

5 Sắt từ

Tính chất sắt từ: χm>0 như thuận từ, Độ từ hoá

lớn (gấp trăm lần thuận từ)

• Từ độ J không tỷ lệ thuận với

véc tơ cường độ từ trường H

• Phụ thuộc cảm ứng từ B vμo

cường độ từ trường H: Không

B

B=μ0(H+J); J->const,H↑,B↑

H J

G

N 1

N 2

BS Cảm ứng từ bão hoμ, HC Lực khử từ, từ d− Bd , μmax lμ các đại l−ợng đặc tr−ng cơ bản

Chu trình

từ trễ

• Mọi chất sắt từ có tính

từ d−: H=0, Bd≠0

Bd

• Độ từ thẩm tỷ đối μ phụ

thuộc vμo H phức tạp

1 H

J 1

H

) J H

( H

B

0

0 0

→ +

= μ

+

μ

= μ

=

μ

μ

H

μmax

Các đặc trưng của sắt từ

Sắt từ cứng BC= μ0HC CƯ từ dư Bd

Trường khử từ FeO,Fe2O3 5.10-3T 0,6T

Thép 1%C 4ữ6.10-3T 0,9ữ0,7T

Sắt từ cứng: HC lớn

Sắt từ mềm BC= μ0HC CƯ từ d− Bd μmax

Fe tinh khiết 2,5.10-5T 0,2T 280000 Fe+4%Si 3,5.10-5T 0,5T 15000 78%Ni+22%Fe 6.10-6T 0,5T 80000

Chất TC (0C)

Fe 770

Co 1127

Ni 357

• Nhiệt độ Curi

T> TC => Thuận từ

Sắt từ mềm: HC nhỏ, chu trình từ trễ hẹpTC T

χm

Sắt từ

Thuận từ

T<TC => Sắt từ

->ứng dụng từ giảo để Phát siêu

âm công suất lớn: Cho dòng điện

xoay chiều trên 20000Hz chạy

trong cuộn dây từ hoá sắt từ

Biến dạng xoay chiều kích động

sóng siêu âm

• Ferrit từ: Cấu tạo từ các oxýt sắt từ Fe2O3,

Fe3O4, MnO Có tính chất như sắt từ, điện trở

suất cao

->Tổn hao ít, dùng trong các biến áp cao tần, Lõi

ăng ten

• Từ giảo: Khi có từ trường ngoμi tác dụng ->Sắt

từ biến dạng: εbd ~ H

~

f>20000Hz

B

H Dịch chuyển vách miền thuận nghịch

Dịch chuyển vách miền không thuận nghịch

Quay mômen từ độ

MiÒn tõ, c¬ chÕ tõ ho¸

V¸ch miÒn