Bài thảo luận vật liệu từ

Trường được tạo ra bởi nam châm được liên hệ với sự chuyển động và các tương tác của các electron, các hạt tích điện âm, chuyển động theo quỹ đạo hạt nhân của mỗi nguyên tử.. Trong các

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

Khoa Cơ Khí - Công Nghệ

Chuyên đề:

Vật Liệu Từ

SV thực hiện: Nguyễn Thị Ái Nhi Nguyễn Thị Luyến Mai Thị Ngọc Thủy Trần Hữu Duẫn

Lê Thị Thủy Tiên Trần Văn ÁnhLớp: Công thôn 43

GVHD: Nguyễn Đăng Nhật

Phần 1 LỜI MỞ ĐẦU Vật liệu là các chất liệu để làm ra hoặc tạo ra một vật Từ khi nền văn minh loài người xuất hiện, con

người sử dụng các vật liệu theo cùng với năng lượng

để nâng cao cuộc sống của mình Vật liệu có ở khắp nơi bao quanh chúng ta bởi các sản phẩm được làm từ các vật liệu Một vài vật liệu thông dụng như: Gỗ xây dựng, bê tông, gạch, thép, chất dẻo, cao su, thuỷ tinh, nhôm, đồng, giấy

Và vật liệu từ là một loại vật liệu công nghiệp quan trọng cần thiết cho nhiều dạng thiết kế kĩ thuật: Kĩ

thuật điện công nghiệp thông tin liên lạc, công nghiệp chế tạo ôtô, tàu thủy Vật liệu từ đã được phát hiện

cách đây hàng nghìn năm Cho đến nay, vật liệu từ

vẫn là đối tượng được con người quan tâm tìm hiểu, nghiên cứu và đưa vào ứng dụng

Phần 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1600 Dr, William Gilbert - những thí nghiệm đầu tiên

về từ học:” De Magnete”.

1819 Oerstead - sự gắn liền giữa từ học và điện học.

1825 Sturgeon đã phát minh ra nam châm điện.

1880 Warburg đã vẽ ra chu trình trễ đầu tiên của sắt.

1895 Định luật Curie đã được đề xuất

1905 Langevin lần đầu tiên đã giải thích tính chất của nghịch từ và thuận từ.

1906 Weiss đã đưa ra lý thuyết sắt từ.

Những năm 1920, Vật lý của từ học đã được phát trỉển với các lý thuyết liên quan đến spin electron và tương tác trao đổi, những sự bắt đầu của cơ học lượng tử.

2.2 Nguồn gốc của từ tính

Hầu hết mọi người đều biết vật liệu từ là gì, nhưng rất ít người biết một nam châm họat động như thế nào? Một nam châm điện đơn giản có thể tạo ra bằng

cách cuộn dây đồng thành cuộn và nối cuộn dây với một accu Một từ trường được tạo ra bên trong cuộn dây,

nhưng nó chỉ tồn tại khi dòng điện vẫn còn chạy qua

cuộn dây.

Trường được tạo ra bởi nam châm được liên hệ với

sự chuyển động và các tương tác của các electron, các hạt tích điện âm, chuyển động theo quỹ đạo hạt nhân

của mỗi nguyên tử.

Trong các vật liệu từ nào đó, các mômen 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, có một hướng chảy và nam châm bất kỳ nào đều

thể hiện một lực để cố gắng sắp xếp nó theo từ trường ngoài

2.3 Phân loại các vật liệu từ

VẬT LIỆU TỪ

Chất nghịch từ

Chất phản sắt từChất thuận từ

Tính sắt từ

Ferit từ

b Chất thuận từ:

Hình 2: Mô hình chất thuận từ

Mô hình Langevin đúng cho các vật liệu với các electron định xứ không tương tác với nhau, ở các trạng thái

mà mỗi nguyên tử có một mômen từ định hướng hỗn loạn

do sự chuyển động nhiệt Khi tăng nhiệt độ, do sự chuyển động nhiệt sẽ tăng lên, nó sẽ trở nên khó hơn để sắp xếp các mômen từ nguyên tử ,vì vậy độ cảm từ sẽ giảm xuống.

c Tính sắt từ:

Hình 3: Mô hình tính sắt từ

Tính sắt từ chỉ có thể khi các nguyên tử được sắp xếp trong một mạng và các mômen từ nguyên tử có thể tương tác lên nhau và sắp xếp song song với nhau Hiệu ứng này được giải thích theo lý thuyết cổ điển bằng sự có mặt của một

trường phân tử bên trong vật liệu sắt từ

Weiss đã đưa ra sự có mặt của các đômen từ bên trong vật liệu, là các vùng mà ở đó các mômen từ nguyên tử được định hướng Vì vậy, các vật liệu sắt từ thường được so sánh theo độ từ hóa bão hòa hơn là theo độ cảm từ.

d Chất phản sắt từ:

Hình 4: Mô hình chất phản sắt từ

Các vật liệu phản sắt từ rất giống như các vật liệu sắt từ, nhưng tương tác trao đổi giữa các nguyên tử lân cận dẫn đến sự sắp xếp phản song song của các mômen

từ nguyên tử Vì vậy, từ trường trượt tiêu và vật liệu

xuất hiện bản chất giống như là một vật liệu thuận từ.

e Ferit từ:

Hình 5: Mô hình Ferit từ

Ferit từ chỉ được quan sát trong các hợp chất có cấu trúc tinh thể phức tạp hơn so với các nguyên tố thuần

khiết Bên trong các vật liệu này các tương tác trao đổi

dẫn đến một sự sắp xếp song song của các nguyên tử trong cùng một vị trí tinh thể và sự sắp xếp phản song song

trong các vị trí khác

Vật liệu bị chia thành các đômen, giống như trong vật liệu sắt từ và bản chất từ cũng như vậy.

Tùy thuộc vào cách ứng xử của vật liệu từ trong từ trường, chúng được chia làm hai nhóm chính: vật liệu

từ mềm và vật liệu từ cứng

2.4 Vật liệu từ cứng

Là nhóm các vật liệu khó khử từ và cũng có nghĩa là khó từ hoá.

2.4.1 Tính chất:

Có từ trường khử từ và từ dư lớn, một cách tương ứng thì đường cong từ trễ của nó rộng, rất khó bị từ

hóa Một khi bị từ hóa thì năng lượng từ của vật liệu

được giữ lại lâu, có thể được dùng làm nam châm "vĩnh cữu"

VẬT LIỆU TỪ CỨNG

Vật liệu kim loại

Vật liệu từ kim loại có thể là kim loại đơn chất (sắt, cobalt, niken) và hợp kim từ của một

số kim loại

Vật liệu phi kim loại

Thường là ferrite, thành phần gồm hỗn hợp bột của các oxit sắt và các kim loại khác

Điện môi từ

Điện môi từ là vật liệu tổ hợp, gồm 60

- 80% vật liệu từ dạng bột và 40 - 20% điện môi Ferrite và điện môi từ có điện trở suất lớn, nên làm giảm đáng kể mất mát do dòng điện xoáy Fucault

2.4.2 Về thành phần cấu tạo:

2.4.3 Ứng dụng

a Xe hơi:

Môtơ khởi động, hệ thống phanh chống khóa

(ABS), môtơ điều khiển gạt nước, các bơm phun, quạt

và điều khiển của sổ Chỗ ngồi , loa, phanh bằng

dòng xoáy, máy phát điện xoay chiều.

Hình 6: a) Môtơ xe hơi; b) Môtơ khoá cửa

Bộ điều khiển và actuator đĩa cứng, các môtơ bước, máy in

Hình 8: a)Máy in; b) Actuator đĩa cứng

d Hàng điện tử tiêu dùng:

Môtơ DC cho vòi tắm, máy giặt, khoan, bộ điều khiển DC thế thấp cho các thiết bị không dây, bộ loa cho TV và Audio, dụng cụ sửa chữa và tập trung tiêu điểm của chùm TV, đĩa copact disc,

computer gia đình, máy quay video, bộ khóa.

Hình 9: a) Máy quay video; b) Bộ loa cho ti vi

e Các thiết bị điện tử:

Các cảm biến, các công tắc không tiếp xúc, các phổ kế NMR, đĩa đo năng lượng, các thiết bị biến đội điện –cơ, các ống dẫn trường

Hình 10: Cảm biến

f Công nghiệp:

Môtơ DC cho các dụng cụ từ tính, robot, các thiết bị tách từ cho việc tách kim loại và quặng, các vật mang từ, các máy nâng, các bộ hãm và khớp nối, các thiết bị đo

Hình 11: a) Rôbôt; b) Máy nâng

g Thiên văn và không gian:

Các vật mang không ma sát, các môtơ bước, các liên kết cặp, thiết bị, các ống truyền sóng, la bàn tự động.

Hình 12: a) La bàn ; b) Ống dẫn sóng

h Phẫu thuật sinh học:

Hàm răng, nha khoa, khoa chỉnh hình, lành vết thương, trét lổ thủng dạ dày, các vòng đai đẩy, trái tim nhân tạo tự động, thiết bị

và mức độ biến dạng của cấu trúc tinh thể Nếu có càng ít các loại tạp chất trong vật liệu, thì các đặc tính của vật liệu càng tốt 2.5.2 Thành phần cấu tạo:

chắn từ Một vật liệu từ có độ từ thẩm cao được sử dụng để bảo

quản một thiết bị cần phải được che chắn.

b Ứng dụng AC:

đến phương khác, qua một chu kỳ họat động.Ví dụ: Biến thế công suất

yếu trong các biến thế khi chuyển đổi thế AC này thành một thế khác

Các vật liệu từ mềm cũng đóng một vai trò quan trọng trong các motơ điện, ở đó chúng tăng cường trường được

tạo ra bởi các vòng quấn môtơ Trong các mơtơ nam châm vĩnh cửu, chúng cũng được dùng để che chắn từ thông được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu.

Các vật liệu từ mềm cũng được sử dụng cho các đầu

cực điện từ, để tăng cường trường được tạo ra bởi nam

châm Các chuyển mạch solenoit cũng sủ dụng các vật liệu

từ mềm để tăng độ tin cậy Hầu hết các thiết bị nam

châm vĩnh cửu đều sử dụng các vật liệu từ mềm để che chắn

từ thông hoặc là cung cấp một đường trở về cho từ trường.

và từ giảo cảm ứng từ, xuất hiện từ sự sắp xếp của các đômen từ

2.6.2 Từ trở:

Từ trở (MR) là hiệu ứng mà điện trở của một vật liệu

từ thay đổi phụ thuộc vào hướng tương đối của dòng điện

và độ từ hóa Trong hầu hết các trường hợp, điện trở là cao nhất khi dòng điện và độ từ hóa là song song và thấp nhất khi chúng vuông góc Ứng dụng chính cho các sensor MR

là ở trong các đầu đọc của các đĩa cứng.

2.6.3 Vật liệu ghi từ:

Sử dụng kỹ thật từ ghi tiếng nói con người lần đầu

tiên được kỹ sư người Đan Mạch, Poulsen, thực hiện vào năm 1898 Việc ghi được thực hiện trên một dây sắt từ,

nhưng do thiếu phần khuếch đại nên chất lượng ghi rất tồi Đĩa cứng đầu tiên, có ký hiệu là RAMAC, đã được giới

thiệu bởi IBM vào năm 1957 và có dung lượng tồ trữ 2000 bit in-2 Dung lượng trữ đã tăng lên một cách nhanh chóng

và đều đặn từ RAMAC và vào năm 2000 đã đạt xấp xỉ 1

Gbit in-2, tức là một sự tăng bằng hệ số nhân 5 triệu Sự

tăng này trong dung lượng lưu trữ được minh họa trong

hình dưới đây

Hình 15 Theo sự giảm trong diện tích trên đĩa được đòi

hỏi để trữ thông tin

2.6.4 Băng từ:

Các băng từ đã được sử dụng mạnh cho việc ghi các tín hiệu audio và video, tuy nhiên không biết rõ là kỹ thuật này sẽ được tiếp tục sử dụng bao nhiêu lâu nữa với sự xuất hiện tính phổ biến của digital versatile disk (DVD).

Lớp từ trên băng hạt chỉ có 40% vật liệu từ, trong khi đó băng ME có 100% lớp từ Vì vậy, các băng ME cho ta ghi chất lượng tốt hơn.

2.6.5 Các đĩa từ:

Có hai loại đĩa: mềm và cứng Các nguyên lý của việc sản xuất và ghi trên các dĩa mềm rất giống với băng từ hạt, tức là giống như các vật liệu hạt trên đế plastic.

Cấu trúc của một đĩa cứng được chỉ ra trên hình Đĩa được kèm theo một môtơ quay, sẽ quay đĩa, đối với dung

lượng trữ lớn, một vài đĩa có thể được dựng thành một

chồng Các đầu đọc và ghi được kèm với một cánh tay nhún

có thể được quét ngang qua đĩa khi sử dụng một cuộm

tiếng.

Hình 16: Sơ đồ biểu diễn cấu tạo của một đĩa cứng

từ, chúng ta đã hiểu thêm được một số vấn đề sau:

Khái niệm, tính chất cũng như ứng dụng trong đời sống của vật liệu từ

Nguyên nhân chủ yếu gây nên từ tính của vật liệu từ là do các điện tích luôn luôn chuyển động theo các quĩ đạo kín tạo nên những dòng điện vòng

Với xu thế hội nhập như hiện nay đòi hỏi Việt Nam phải tìm tòi nghiên cứu thêm những ứng dụng của vật liệu từ Chúng tôi mong rằng không những nhà khoa học mà cả học sinh, sinh viên ra sức tham gia nghiên cứu khoa học để ngành vật liệu của nước nhà có thể phát triển ngang tầm với các nước bạn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

http://tailieu.vn/tag/tailieu/v%E1%BA%ADt

%20li%E1%BB%87u%20t%E1%BB%AB%20t%C3%ADnh html

CÁM ƠN CÁC BẠN

ĐÃ LẮNG NGHE