Bài giảng vật liệu (GV nguyễn văn dũng) chương 5 tính chất từ của vật liệu

ü Từ ườ H A/m, được tạo ra bởi cuộn dây dẫn điện cócường độ dòng I, quấn tròn n vòng và dài l là: ü Khi đặc vật liệu có từ tính vào từ trường ngoài H, vật liệu có cảm ứng từ B hay mật độ

ü Đ ệ ử ạ ạ ừ ỏ (bỏ qua)

ü Điện tử quay quanh trục của nó xuất hiện moment từ spin

+ Điện tử ghép đôi, spin trái dấu nên tự triệt tiêu moment từ của nhau

ü Tính chất từ của vật liệu phụ thuộc ự ắ ế (chiều hướng) của các moment từ

ự ế 3 kim loại Fe, Co, Ni có số điện tử không ghép đôi không giống như lý thuyết do điện tử từ lớp 4s có thể nhảy sang 3d.

→ Số electron tự do mỗi nguyên tử thay đổi so với lý thuyết

Moment từ spin của 1 electron (Bohr magneton) là µ B = 9,27.10 24 A.m 2

→ Moment từ mỗi nguyên tử = số electron độc thân x µ B

ü Từ ườ H (A/m), được tạo ra bởi cuộn dây dẫn điện có

cường độ dòng I, quấn tròn n vòng và dài l là:

ü Khi đặc vật liệu có từ tính vào từ trường

ngoài H, vật liệu có cảm ứng từ B hay

mật độ từ trường B (Tesla)

ü B t lệ với H với hệ số tỷ lệ là từ thẩm

(độ thẩm từ) µ :

B: Tesla (T) hay

T môi trường chân không, vật liệu có cảm ứng từ B o và độ thẩm

từ µ o = 4 10 -7 (H/m)

B = µ.H → µ r = µ / µ o (độ từ thẩm tương đối của chất rắn so với chân không)

B = µ.H = µ o (H + M)

M (Magnetization): Độ từ hóa của chất rắn

(t ng moment từ mỗi đơn vị thể tích)

→ M = H

: từ cảm của vật liệu

µ = µ o (1 + )

So sánh mật độ từ

dưới điều kiện chân

không và khi có đặt

vật liệu

ngoài trong các phân t sẽ xuất hi n dòng điện ph và t o ra từ tr ng phụ

ng c chiều từ tr ng ngoài.

Ví dụ các khí hiếm e, Ne, Ar, Kr, ), các ion có các lớp electron giống khí hiếm, kim loại (Bi, Zn, Ag, Cu, Pb), H 2 O, NaCl, SiO 2 , S, C et al.

ü Thu n t là nh ng ch t có từ tính y u (nhóm phi t ), các moment t s p

x p m t cách t do.

ü Khi có tác d ng c a t tr ng ngoài, các mômen từ này sẽ b quay theo từ

tr ng ngoài, làm cho c m ứng từ tổng c ng trong chất t ng lên.

Sắt từ là các chất có từ tính mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh

dưới tác dụng của từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt (Fe).

Ví dụ: kim loại chuyển tiếp (Fe, Co, Ni), kim loại đất hiếm (Gd, Nd), etc

Liên quan đến electron độc thân phân lớp 3d và 4f

Bề mặt Al

Bề mặt BaTiO 3

Vật liệu sắt từ chứa những vùng không gian nhỏ có các moment từ được sắp xếp trật tự (cùng chiều).

Các vùng này g i là domain, gi a các domain là đường ranh giới.

Từ tính của vật liệu là tổng từ tính (theo vector) của các domain.

ü Khi áp từ trường ngoài H

domain đều sắp xếp theo

hướng từ trường ngoài, B

và M t đến giá trị bão

hòa (B s và M s ).

s s biết d Ni = 8,90 g/cm 3

Giải: với Ni

Khi từ trường ngoài H thay đổi, các domain có khuynh hướng sắp xếp theo hướng mới Tuy nhiên, sự sắp xếp này chậm có thể gây nên hiện

tượng trễ (hysteresis)

ü Khi độ từ hóa bằng 0, từ

trường đảo H c gọi là độ

kháng từ (coercivity).

ü Khi H đạt đến giá trị 0 một vài domain vẫn còn duy trì sự sắp xếp

theo hướng trước đó tạo nên độ từ hóa dư (remanence) M r

ü V t liệu từ mềm (soft magnetic) là vật liệu sắt từ, "mềm" về phương diện

từ hóa và khử từ, có nghĩa là dễ từ hóa và dễ khử từ → nam châm điện

ü Tinh thể bị khuyết tật hoặc không tinh

khiết có thể làm giảm khả năng di chuyển của các domain VD: sắt và thép

moment từ sắp xếp mất trật tự Nhiệt độ Curie (T C ) là nhiệt độ mà tại

đ ó vật liệu sắt từ và ferri từ bị mất từ tính , trở thành chất thu n từ VD: T c của Fe - 768 o C, Co – 1120 o C, Ni – 335 o C.

ü ảy ra với các chất sắt từ và ferri từ

chuyển từ trạng thái đa domain sang đơn domain (mỗi hạt s là một domain).

ü Năng lượng nhiệt sẽ phá vỡ sự định hướng của các moment từ, hệ

hạt sẽ đạt trạng thái hỗn loạn như chất thuận từ.

ü Khi áp từ trường ngoài, vật liệu đáp ứng nhanh tạo độ từ hóa bão

hòa lớn.

Siêu dẫn (superconductor) là hiện tượng vật

liệu dẫn điện mà không có sự xuất hiện của

điện trở (điện trở rất nhỏ) khi dưới một nhiệt

độ tới hạn (T C - critical temperature)

Hiệu ứng Meisnner: dưới nhiệt độ tới hạn

(T C ), electron di chuyển theo từ trường

(magnetic levitation), vượt qua sự cản trở

của các nút mạng

ü Máy biến thế

ü Động cơ điện

ü Máy phát điện

nhiệt cục bộ: bếp từ

chiều của moment từ mỗi domain

ng dụng làm ỗ đĩa (hard disk drive)

HCP cobalt–chromium alloy

dụng hạt nano từ tính:

ü Tách, thu hồi chất

ü Dẫn truyền thuốc