Từ học và vật liệu từ có một lịch sử lâu đời và có các đặc tính kỳ diệu. Vật liệu từ, theo các tài liệu đã dẫn, được phát hiện cách đây khoảng 4000 năm, do một người chăn cừu tên là Magnes ở vùng Magnesia thuộc Hy Lạp tình cờ phát hiện ra. Ông thấy các đinh bằng sắt dưới đế giày mình có bám dính các viên đá. Viên đá này được đặt tên là manhetit, sau này, manhetit được biết có công thức hóa học là Fe3O4 hay FeO.Fe2O3. Vào thế kỷ thứ VI trước công nguyên, Thales là người đầu tiên đưa ra khái niệm từ học là thuộc tính của Fe¬¬3O4 với đặc tính là hút các vật bằng sắt.
Trang 1LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới
sự hướng dẫn của Tiến sĩ Bùi Anh Tuấn Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc
Tác giả
Trang 2MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 5
DANH MỤC CÁC HÌNH 6
MỞ ĐẦU 10
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU TỪ 12
1.1 Lịch sử phát triển của vật liệu từ 12
1.1.1 Thời kỳ sơ khai 12
1.1.2 Sự phát triển của các vật liệu từ 12
1.2 Một số khái niệm về từ học và phân loại vật liệu từ 13
1.2.1 Một số khái niệm về từ học 13
1.2.2 Các loại vật liệu từ 17
1.2.3 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ và từ trường của χ-1 và momem từ (M) của các vật liệu từ 19
1.2.4 Các loại vật liệu từ ứng dụng 20
1.2.5 Cách phân loại khác đối với vật liệu từ 22
1.3 Momen từ của các nguyên tử 22
1.3.1 Momen từ quỹ đạo của điện tử 22
1.3.2 Momen từ spin của điện tử 23
1.4 Thuận từ 24
1.4.1 Lý thuyết cổ điển về thuận từ (Lý thuyết Langevin) 24
1.4.2 Định luật Curie 26
1.5 Sắt từ 27
1.5.1 Các tính chất từ cơ bản của chất sắt từ 27
1.5.2 Lý thuyết Weiss giải thích hiện tượng trật tự từ tự phát trong chất sắt từ 30
1.5.3 Nhiệt độ trật tự từ (TC) 34
1.6 Cấu trúc đomen 37
1.6.1 Mở đầu 37
1.6.2 Nguyên nhân tạo thành đomen 37
1.6.3 Vách đomen 39
Trang 31.7 Vật liệu từ mềm 39
1.7.1 Mở đầu 39
1.7.2 Các yêu cầu đối với vật liệu từ mềm 40
1.7.3 Ferit từ mềm 40
1.7.4 Vô định hình và nano tinh thể từ mềm 46
CHƯƠNG II CÁC MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐƯỜNG CONG TỪ TRỄ 48
2.1 Giới thiệu chung 48
2.2 Chế độ ổn định tĩnh và ổn định động của vật liệu từ 48
2.2.1 Chế độ ổn định tĩnh 48
2.2.2 Chế độ ổn định động 49
2.3 Mô hình mô phỏng chế độ ổn định tĩnh 50
2.3.1 Mô hình mô phỏng của Ising 50
2.3.2 Phương trình toán học của mô hình 51
2.3.3 Tác động của nhiệt độ đến mô hình 52
2.3.4 Mô hình mô phỏng của Preisach 54
2.4 Mô hình mô phỏng của Jiles –Atherton 59
2.4.1 Các khái niệm 59
2.4.2 Ảnh hưởng của các tham số trong mô hình Jiles – Atherton đến hình dạng của đường cong từ trễ 63
2.5 Mô hình mô phỏng đặc tính động 64
2.5.1 Mô hình mô phỏng đặc tính động của Preisach 65
2.5.2 Mô hình mô phỏng đặc tính động của Jiles – Atherton 66
2.5.3 Mô hình mô phỏng đặc tính động ‘‘Flux tubes’’ 68
2.6 Kết luận 69
CHƯƠNG III MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH CỦA CÁC VẬT LIỆU TỪ DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ 71
3.1 Giới thiệu các loại vật liệu từ 71
3.2 Sự thay đổi của đường cong từ trễ theo tần số và nhiệt độ 72
3.3 Đặc tính của các vật liệu từ dưới ảnh hưởng của nhiệt độ 73
3.3.1 Sự thay đổi của đường cong từ trễ theo tần số và nhiệt độ 73
Trang 43.3.2 Phân tích sự thay đổi các tính chất của vật liệu từ dưới ảnh hưởng của
nhiệt độ 76
3.4 Mô phỏng các đặc tính của vật liệu từ 76
3.4.1 Biểu diễn hệ thống điện - từ bằng phần mềm Matlab - Simulink 76
3.4.2 Xác định và tối ưu các tham số 77
3.5 Kết luận 87
CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BÔ CẢM BIẾN DÒNG ĐIỆN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ 88
4.1 Giới thiệu chung 88
4.2 Các thông số của bộ cảm biến dòng 88
4.2.1 Đặc tính của bộ cảm biến dòng 89
4.2.2 Mô phỏng đặc tính làm việc của bộ cảm biến dòng 90
4.2.3 Các tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác bộ cảm biến dòng 93
4.3 Kết quả 94
4.4 Kết luận 100
KẾT LUẬN 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO 102
Trang 5DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.a: Bảng chuyển đổi một số đơn vị từ hai hệ CGS và SI 17
Bảng 1.1.b: Bảng chuyển đổi một số đơn vị từ hai hệ CGS và SI 17
Bảng 1.2 Một số vật liệu sắt từ thông dụng 30
Bảng 3.1 Các đặc tính cơ bản của các loại vật liệu từ 72
Bảng 4.1 Thông số của bộ cảm biến dòng 89
Bảng 4.2 Giá trị các tham số điện – từ biến đổi theo nhiệt độ 94
Trang 6DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Lực tác dụng của từ trường ngoài lên cực từ 13
Hình 1.2 Mẫu từ tính luôn có hai cực từ S và N 14
Hình 1.3 Cảm ứng từ B trong vật liệu được từ hóa 15
Hình 1.4 Tổng hợp giá trị của các loại vật liệu từ (hệ SI) 19
Hình 1.5 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của χ-1 và momen từ (M) của các vật liệu từ khác nhau Phía bên trái các đồ thị là mô hình sắp xếp momen từ của các nguyên tử từ 19
Hình 1.6 a Từ độ phụ thuộc của momen từ vào từ trường ngoài đối với chất nghịch từ, thuận từ và phản sắt từ, b đường cong từ trễ của chất sắt từ và feri từ 20
Hình 1.7 Vec tơ µ dưới tác dụng của từ trường H 25
Hình 1.8 Đồ thị biểu diễn hàm Langenvin 26
Hình 1.9 Từ độ của các kim loại Fe, Co và Ni phụ thuộc vào từ trường ngoài 28
Hình 1.10 Sự phụ thuộc vào H 29
Hình 1.11 Spin từ ở điểm A chịu tác dụng của từ trường tạo bởi các nguyên tử xung quanh 31
Hình 1.12 Phương pháp xác định từ độ tự phát; BJ(α): hàm Brillouin (1.46); (1), (2) phương trình (1.45) với các giá trị T khác nhau khi H = 0 (3) phương trình (1.45) khi H ≠0 32
Hình 1.13 Từ độ tỷ đối (I/I0) phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn T/TC Đường lý thuyết tính theo hàm Brillouin với các giá trị J = ½, J = 1 và J = (lý thuyết cổ điển) Các số liệu thực nghiệm đối với kim loại Fe (o), kim loại Co, Ni 33
Hình 1.14 Từ độ rút gọn (I/I0) và độ cảm từ ( -1) phụ thuộc 36
vào nhiệt độ của chất sắt từ 36
Hình 1.15 Từ độ tự phát tỷ đối và -1 ở vùng gần nhiệt độ Curie 36
Hình 1.16 Mẫu từ tính phân chia thành các đomen, giảm năng lượng trường khử từ (từ trường ở không gian xung quanh mẫu) 38
Hình 1.17 Một số cấu trúc đo men a Tinh thể đa trục từ, b tinh thể đơn trục từ, c tinh thể sắt từ chứa 4%Si 38
Hình 1.18 Đường trễ B(H) của vật liệu từ với các thông số từ mềm cơ bản 39
Hình 1.19 Độ từ thấm ban đầu phụ thuộc kích thước hạt của ferit MnZn 42
Trang 7Hình 1.20 Độ từ thẩm ban đầu phụ thuộc vào nhiệt độ của manhetit 43
Hình 1.21 Sự phụ thuộc các thông số từ đơn (đơn vị tùy ý) của ferit FeCu vào nồng độ Fe 43
Hình 2.1 Tổn hao công suất đơn vị trong một chu kỳ ở chế độ ổn định tĩnh (0.5Hz) với FeNi80/20 49
Hình 2.2 Tổn hao công suất đơn vị trong một chu kỳ ở chế độ ổn định động (50Hz) với FeNi 80/20 49
Hình 2.3 Hình ảnh của dòng điện cảm ứng trong vật liệu 50
Hình 2.4 Hình ảnh dòng điện cảm ứng do sự dịch chuyển của thành Bloch trong vật liệu 50
Hình 2.5 Tinh thể mạng và momen từ nguyên tử 51
Hình 2.6 Sự tác động của các mô men từ 51
Hình 2.7 Sự thay đổi năng lượng ΔEi của mô men i 53
Hình 2.8 Ảnh hưởng của tham số J đến đường cong từ trễ 53
Hình 2.9 Ảnh hưởng của tham số β đến đường cong từ trễ 53
Hình 2.10 Đường bao cơ sở của mô hình Preisach 54
Hình 2.11 Mặt phẳng của hàm Preisach 55
Hình 2.12 Hình ảnh trạng thái khử từ trong tam giác của Preisach 56
Hình 2.13 Mô tả đường cong từ hóa ban đầu (a), (b) và một phần của đường cong từ trễ theo hướng đi xuống (c) 57
Hình 2.14 Ảnh hưởng của tham số a (Lorentz) đến hình dạng của đường cong từ trễ 58 Hình 2.15 Ảnh hưởng của tham số b (Lorentz) đến hình dạng của đường cong từ trễ 58
Hình 2.16 Đường cong từ trễ tham chiếu 63
Hình 2.17 Ảnh hưởng của tham số a 63
Hình 2.18 Ảnh hưởng của tham số c 63
Hình 2.19 Ảnh hưởng của tham số k 63
Hình 2.20 Ảnh hưởng của tham số α 63
Hình 2.21 Ảnh hưởng của tham số Ms 63
Hình 2.22 Hàm chuyển đổi của mô hình 65
Hình 2.23.a Vật liệu dẫn từ với dòng điện Foucault 68
Trang 8Hình 2.23.b Vật liệu không dẫn từ với dòng điện Foucault nội tại 68
Hình 3.1 Sơ đồ đo đường cong từ trễ 73
Hình 3.2 Đường cong từ trễ theo nhiệt độ θ của FeNi 80/20 74
Hình 3.3 Đường cong từ trễ theo nhiệt độ θ của MnZn N30 74
Hình 3.4 Đường cong từ trễ theo nhiệt độ θ của Vitroperm 800F 75
Hình 3.5 Độ từ cảm bão hòa theo nhiệt độ θ 75
Hình 3.6 Độ từ cảm dư theo nhiệt độ θ 75
Hình 3.7 Từ trường khử từ theo nhiệt độ θ 75
Hình 3.8 Tổn hao sắt từ theo nhiệt độ θ 75
Hình 3.9 Biểu diễn một hệ thống điện – từ đơn giản bằng Matlab với nguồn vào là dòng điện 77
Hình 3.10 Sự thay đổi của tham số alpha theo nhiệt độ của hai phương pháp tối ưu hóa trên FeNi 80/20 78
Hình 3.11 Sự thay đổi của tham số a theo nhiệt độ θ của hai phương pháp tối ưu trên FeNi 80/20 78
Hình 3.12 Đường cong từ trễ B(H) đo và mô phỏng của FeNi 80/20, θ = 23-310 °C, f = 0.5 Hz 79
Hình 3.13 Sai số tương đối của từ cảm cực đại theo nhiệt độ θ 79
Hình 3.14 Sai số bình phương theo nhiệt độ θ 79
Hình 3.15 Sự thay đổi 5 tham số của Jiles – Atherton theo nhiệt độ θ 79
Hình 3.16 Đường cong từ trễ B(H) đo và mô phỏng của MnZn N30 80
Hình 3.17 Sai số tương đối của từ cảm cực đại theo nhiệt độ θ 80
Hình 3.18 Sai số bình phương theo nhiệt độ θ 80
Hình 3.19 Sự thay đổi 5 tham số của Jiles – Atherton theo nhiệt độ θ 80
Hình 3.20 Đường cong từ trễ B(H) đo và mô phỏng của Vitroperm 800F, θ = 23-555°C, f = 1Hz 81
Hình 3.21 Sai số tương đối của từ cảm cực đại theo nhiệt độ θ 81
Hình 3.22 Sai số bình phương theo nhiệt độ θ 81
Hình 3.23 Sự thay đổi 5 tham số của Jiles – Atherton theo nhiệt độ θ 81
Hình 3.24 Đường cong từ trễ B(H) đo và mô phỏng của FeNi 80/20 ở 23°C và 310°C 83
Trang 9Hình 3.27 Đường cong từ trễ B(H) đo và mô phỏng của MnZn N30 ở 23°C và
100°C 84
Hình 3.28 Sai số tương đối của tổn hao sắt từ theo nhiệt độ θ 84
Hình 3.29 Sai số bình phương theo nhiệt độ θ 84
Hình 3.30 Đường cong từ trễ B(H) đo và mô phỏng của Vitroperm 800F ở 23°C và 555°C 85
Hình 3.31 Sai số tương đối của tổn hao sắt từ theo nhiệt độ θ 85
Hình 3.32 Sai số bình phương theo nhiệt độ θ 85
Hình 3.33 Sự thay đổi của tham số γ theo nhiệt độ của ba mẫu vật liệu 86
Hình 4.1 Hình ảnh của bộ cảm biến dòng với lõi từ hình tròn 88
Hình 4.2 Sơ đồ đo đặc tính làm việc của bộ cảm biến dòng theo nhiệt độ 90
Hình 4.3 Sơ đồ SIMULINK mô phỏng nguyên lý làm việc của bộ cảm biến dòng 91 Hình 4.4 Giao diện của khối‘‘Signal generator’’ 92
Hình 4.5 Cấu trúc của khối ‘‘Enroulement primaire’’ 92
Hình 4.6 Giao diện của khối ‘‘Enroulement primaire’’ 92
Hình 4.7 Giao diện của khối ‘‘Tube fer’’ 93
Hình 4.8 Độ chính xác thực nghiệm và mô phỏng của bộ cảm biến dòng theo nhiệt độ 95
Hình 4.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hình dạng của dòng thứ cấp với I1_max=500A và f=20 Hz 96
Hình 4.10 Dạng sóng của dòng điện thứ cấp ở các tần số khác nhau và ở 160°C - I1_max =500A 97
Hình 4.11 Sự thay đổi sai số tương đối (ΔI2) và sai số bình phương (OF1) của bộ cảm biến dòng theo nhiệt độ 98
Hình 4.12 Dòng thứ cấp thực nghiệm và mô phỏng ở 500A - 20Hz - 160°C 99
Hình 4.13 Sự thay đổi độ chính xác của bộ cảm biến dòng theo nhiệt độ ở 500A - 20Hz 99
Trang 10MỞ ĐẦU Vật liệu từ là loại vật liệu chức năng quan trọng, được sử dụng rất rộng rãi Vật liệu từ là vật liệu cốt lõi trong hàng trăm triệu máy biến thế và động
cơ điện đang hoạt động ngày đêm đảm bảo việc chuyển đổi năng lượng trên toàn cầu
Trong hơn 100 năm qua, vật liệu từ đã có những bước phát triển vượt bậc cả về chủng loại đến tính năng kỹ thuật Sự ra đời của thép kỹ thuật dị hướng (1933), ferrit từ mềm (1940), sự xuất hiện của vật liệu từ mềm vô định hình (1970) và nano tinh thể (1988) cho thấy sự mở rộng từ thành phần kim loại - hợp kim sang oxit, mở rộng cấu trúc từ trật tự tinh thể sang vô định hình Các loại nam châm cũng có sự phát triển vượt bậc từ nam châm nén thép (1900) đến nam châm đất hiếm (1966) Nhờ đó mà sự tích trữ năng lượng của nam châm tăng gấp gần 50 lần Cùng với sự cải thiện mạnh mẽ các thông số từ là sự xuất hiện các cơ chế từ học mới như trật tự từ có thể tồn tại trong hệ không trật tự tinh thể (1960), cơ chế dẫn điện phụ thuộc spin (1988) hoặc tương tác trao đổi đàn hồi trong nam châm nano composit (1991)
Sự phát triển mạnh mẽ của các loại vật liệu từ tính và sự thay đổi tính chất của nó trong những điều kiện làm việc khác nhau đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tiếp tục không ngừng xây dựng các mô hình lý thuyết nhằm phản ánh xác thực nhất về sự thay đổi này
Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và tần số đến sự thay đổi các tính chất của vật liệu từ mềm Từ đó, tác giả giới thiệu một số mô hình mô phỏng sự thay đổi này Sau khi phân tích
ưu, nhược điểm của một số mô hình này, tác giả sẽ dùng chương trình Matlab – Simulink để xây dựng chương trình mô phỏng
Đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ đến các loại vật liệu từ khác nhau
Giới thiệu một số mô hình mô phỏng sự thay đổi tính chất của vật liệu
từ theo nhiệt độ
Trang 11Xây dựng chương trình mô phỏng
Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu, dựa vào các kết quả thực nghiệm
về ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ trên các loại mẫu vật liệu từ khác nhau, tác giả sẽ chỉ ra những sự thay đổi tính chất của các loại vật liệu này đồng thời giới thiệu một vài mô hình mô phỏng sự thay đổi này
Nội dung của luận văn được phân thành 4 chương chính:
Chương I - TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU TỪ
Chương II - CÁC MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐƯỜNG CONG TỪ TRỄ
Chương III - MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH CỦA CÁC VẬT LIỆU TỪ DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ
Chương IV - MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BỘ CẢM BIẾN DÒNG ĐIỆN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ
Trang 12CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU TỪ
1.1 Lịch sử phát triển của vật liệu từ
1.1.1 Thời kỳ sơ khai
Từ học và vật liệu từ có một lịch sử lâu đời và có các đặc tính kỳ diệu Vật liệu từ, theo các tài liệu đã dẫn, được phát hiện cách đây khoảng 4000 năm, do một người chăn cừu tên là Magnes ở vùng Magnesia thuộc Hy Lạp tình cờ phát hiện ra Ông thấy các đinh bằng sắt dưới đế giày mình có bám dính các viên đá Viên đá này được đặt tên là manhetit, sau này, manhetit được biết có công thức hóa học là Fe3O4 hay FeO.Fe2O3
Vào thế kỷ thứ VI trước công nguyên, Thales là người đầu tiên đưa ra khái niệm từ học là thuộc tính của Fe3O4 với đặc tính là hút các vật bằng sắt
Thời kỳ nhà Tần, vào cuối thế kỷ thứ II trước công nguyên đã sử dụng tính chất của manhetit (đá nam châm) để định hướng, dẫn đường
Việc sử dụng kim nam châm được ứng dụng đầu tiên trong hàng hải ở Trung Quốc vào cuối thế kỷ XI đầu thế kỷ XII, đến cuối thế kỷ XII kim địa bàn được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực trên ở các nước Châu Âu Các kim địa bàn được chế tạo từ vật liệu sắt từ có từ độ bão hòa cao hơn các viên đá nam châm Với vật liệu từ dùng làm kim địa bàn đã tạo điều kiện cho ngành hàng hải phát triển, phát hiện ra lục địa mới và tăng cường việc giao thương giữa các lục địa
1.1.2 Sự phát triển của các vật liệu từ [1]
Các tính chất của vật liệu từ đã được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật và đời sống hàng ngày Với sự phát triển công nghiệp, ngày càng đòi hỏi có các vật liệu từ có chất lượng và tính năng cao hơn để tăng hiệu suất thiết bị và giảm bớt tổn hao năng lượng và vật liệu
Đối với vật liệu từ mềm, cần có giá trị HC thấp, độ từ thẩm cao và độ tổn hao trong trường xoay chiều tần số cao thấp
Trang 13Đối với vật liệu ghi từ, cần ghi được lượng thông tin cao hơn trên một đơn vị thể tích để tăng dung lượng bộ nhớ của thiết bị
Đối với vật liệu từ cứng dùng làm nam châm, cần vật liệu có năng lượng từ tỏa ra ngoài không gian lớn trên một đơn vị thể tích nam châm và bền vững trong môi trường
Trong đời sống hiện đại, không thể không có vật liệu từ Vật liệu từ được dùng trong thu và phát tín hiệu radio, trong tivi, máy tính, điện thoại di động, các thiết bị dùng trong gia đình, trong công nghiệp điện…
1.2 Một số khái niệm về từ học và phân loại vật liệu từ
1.2.1 Một số khái niệm về từ học
- Cực từ
Với các điện tích, có điện tích âm và điện tích dương, và có thể tách riêng biệt điện tích âm và điện tích dương Còn đối với trường cực từ, không thể tách riêng đơn cực từ dương và đơn cực từ âm Một nam châm vĩnh cửu, cực dương và cực âm luôn luôn song hành cùng nhau Tuy nhiên, ta có thể giả thiết một đầu của nam châm là cực dương, còn đầu kia là cực âm Đường sức
từ bao giờ cũng là đường cong khép kín, đường sức từ xuất phát từ cực dương
và đi vào cực âm
Nếu ký hiệu p1 và p2 là cường độ từ trường ở hai điểm cực dương và âm cách nhau một khoảng d, lực tác dụng của hai cực theo định luật Coulomb là:
1 2 2
p p F d
Hình 1.1 Lực tác dụng của từ trường ngoài lên cực từ
Trang 14Đặt thanh nam châm vào một từ trường đồng nhất tạo bởi cuộn dây solenoid có cường độ H (hình 1.1) Nam châm với cực từ có độ lớn là p sẽ chịu tác dụng một lực là: F p H.
Hình 1.2 Mẫu từ tính luôn có hai cực từ S và N
Trang 15Khi ta chia thành hai phần bằng nhau, mỗi nửa thanh lại thành một nam châm có hai cực bắc nam Tiếp tục chia đôi nhỏ thanh nam châm, ta vẫn
có một nam châm với hai cực bắc và nam Momen từ của nam châm:
- Cảm ứng từ (B
) Cảm ứng từ B
hay mật độ từ thông gồm đóng góp của từ trường
H
tạo bởi cuộn dây và từ độ I
của vật liệu từ được từ hóa đặt trong lòng cuộn dây
Hình 1.3 Cảm ứng từ B
trong vật liệu được từ hóa
Biểu thức tổng quát của B
là: BaH bI
Trong đó, a và b là các hằng số phụ thuộc vào hệ đơn vị sử dụng
Ví dụ: Trong hệ CGS, B được đo bằng gauss:
4
BH I
Trang 16Trong hệ SI, B được đo bằng tesla:
Có hai hệ đơn vị là SI (mét, kilogam, giây) (hệ đơn vị đo lường quốc tế)
và hệ CGS (centimét, gam, giây) được sử dụng rộng rãi Hiện nay hệ SI được dùng nhiều trong kỹ thuật, hệ CGS thường dùng trong các tài liệu có tính chất
cơ bản
Với hệ SI: B0( H I)
(1.18) Trong đó B=tesla [T] hay (V.s/m2)
I=emu/cm3 (đơn vị đo điện từ/cm3)
- Chuyển đổi một số đơn vị từ hai hệ CGS và SI (bảng 1.1.a), biểu thức các thông số từ chủ yếu (bảng 1.1.b)
Trang 17Bảng 1.1.a Bảng chuyển đổi một số đơn vị từ hai hệ CGS và SI
2 0
1
N 4
p p F
2 0
p H
Trang 18hướng ngược với hướng từ trường ngoài Do đó, độ cảm từ χ có giá trị âm và
Nhiều nguyên tố thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp trong bảng tuần hoàn các nguyên tố có tính chất thuận từ
- Các chất sắt từ
Là các chất có momen từ tự phát ở dưới một nhiệt độ đặc trưng cho từng chất, gọi là nhiệt độ Curie (TC) Sở dĩ có trật tự từ là do tương tác nội tại giữa các momen từ của các nguyên tử có momen từ khác không Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, có 3 nguyên tố là Fe, Co, Ni thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp 3d và nguyên tố Gd thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp 4f là có trật
tự từ tự phát ở trên nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ phòng Nhiều nguyên tố chuyển tiếp khác của nhóm 4f có nhiệt độ trật tự từ ở dưới nhiệt độ phòng
Cho đến nay, người ta đã phát hiện hàng trăm kim loại, hợp kim, hợp chất
có tính chất sắt từ Do có tính chất từ tự phát nên χ của các chất này có giá trị lớn
- Các chất phản sắt từ
Đó là các chất mà các momen từ định hướng đối song song và bù trừ nhau ở dưới một nhiệt độ nhất định, gọi là nhiệt độ Néel (TN) Độ cảm từ của các chất không lớn và có giá trị dương
Trang 19- Các chất feri từ
Các chất feri từ có trật tự từ tự phát ở dưới nhiệt độ Curie Thông thường, đó là hợp chất của kim loại chuyển tiếp và các nguyên tử oxy Các momen từ của chất feri từ sắp đối song song, nhưng không bù trừ nhau Độ từ cảm của các chất này tương đối lớn và có giá trị dương
Hình 1.4 Tổng hợp giá trị của các loại vật liệu từ (hệ SI)
1.2.3 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ và từ trường của χ -1 và momem từ (M) của các vật liệu từ
Hình 1.5 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của χ -1 và momen từ (M) của các vật liệu từ khác nhau Phía bên trái các đồ thị là mô hình sắp xếp momen từ của
các nguyên tử từ
Trang 20Với các chất nghịch từ, không phụ thuộc vào nhiệt độ Sự phụ thuộc
1
của chất thuận từ là đường thẳng qua gốc tọa độ Đó là chất thuận từ lý tưởng Các chất sắt từ và feri từ có momen từ tự phát (Ms≠0) ở nhiệt độ T < Tc
và ở T > Tc là chất thuận từ Với chất phản sắt từ, T < TN là chất thuận từ
Sự phụ thuộc vào từ trường ngoài của momen từ các chất nghịch từ, thuận từ và phản sắt từ (hình 1.6a) và của chất feri từ và sắt từ (hình 1.6b) có dáng điệu rất khác nhau Với các chất nghịch từ đường M(H) có hệ số góc là
âm còn đối với chất thuận từ và phản sắt từ, hệ số góc của M(H) là dương Các số liệu trên chỉ đúng cho trường hợp từ trường ngoài không lớn
Ở các chất feri từ và sắt từ ta thấy có sự phụ thuộc phi tuyến các vecsto
B vào từ trường ngoài và xuất hiện đường trễ từ, trong đó, Bs(-Bs) là cảm ứng
từ bão hòa, Br(-Br) là cảm ứng từ dư, Hc(-Hc) là lực kháng từ
Hình 1.6 a Từ độ phụ thuộc của momen từ vào từ trường ngoài đối với chất nghịch từ, thuận từ và phản sắt từ, b đường cong từ trễ của chất sắt từ và
feri từ 1.2.4 Các loại vật liệu từ ứng dụng [1]
Về mặt ứng dụng, trong công nghiệp và đời sống hàng ngày, người ta chia vật liệu từ làm ba loại chính Đó là vật liệu từ cứng, vật liệu từ mềm và vật liệu ghi từ
- Vật liệu từ cứng
Vật liệu này dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu Vật liệu có các đặc
Trang 21tính sau:
Cảm ứng từ bão hòa cao (0,3÷1,6T)
Lực kháng từ HC lớn (HC>300kA/m)
Dị hướng tinh thể cao
Nhiệt độ Curie cao
Năng lượng từ do nam châm tạo ra trong không gian đặc trưng bằng tích năng lượng (BH)max là lớn
Vật liệu bền vững trong môi trường (không bị oxi hóa)
- Vật liệu từ mềm
Các đặc trưng của vật liệu từ mềm:
Từ độ bão hòa MS cao
Lực kháng từ HC nhỏ (HC<1kA/m)
Độ từ thẩm cao
Dị hướng thấp (vật liệu dễ từ hóa hơn)
Nhiệt độ Curie cao
Độ tổn hao năng lượng ở từ trường xoay chiều là thấp (khi điện trở vật liệu là cao)
- Vật liệu ghi từ
Các tính chất từ của vật liệu này nằm trong khoảng trung gian giữa vật liệu từ mềm và vật liệu từ cứng (1kA/m<HC<300kA/m) Điều này đảm bảo cho việc lưu giữ các tín hiệu được ghi, đồng thời phải là vật liệu có thể dễ dàng ghi được các tín hiệu cần ghi
- Các loại vật liệu từ ứng dụng khác:
- Vật liệu từ dùng trong lĩnh vực siêu cao tần
- Vật liệu dùng trong lĩnh vực quang từ
- Vật liệu từ giảo
Những năm gần đây, một số loại vật liệu từ mới được nghiên cứu đưa vào ứng dụng với những tính năng nổi trội, đó là:
Trang 22 Vật liệu từ là tác nhân làm lạnh trong thiết bị làm lạnh theo kiểu mới thân thiện với môi trường
Vật liệu spin từ dùng trong công nghệ ghi từ mật độ cao
Vật liệu từ có cấu trúc nanomet, ứng dụng trong lĩnh vực y - sinh để điều trị bệnh
1.2.5 Cách phân loại khác đối với vật liệu từ
- Phân loại dựa theo cấu trúc
Vật liệu từ đơn tinh thể
Vật liệu từ đa tinh thể
1.3 Momen từ của các nguyên tử
1.3.1 Momen từ quỹ đạo của điện tử
Theo mẫu nguyên tử của Bohr, nguyên tử hydro có một hạt nhân (điện tích dương) ở tâm và một điện tử (điện tích âm e) chuyển động theo quỹ đạo tròn xung quanh hạt nhân với bán kính là r Với chuyển động như vậy, điện tử tạo nên dòng điện i có momen quỹ đạo PL và momen từ tương ứng là µL, gọi
là momen từ quỹ đạo
Với chuyển động tròn có vật tốc góc ω0, dòng điện do điện tử tạo ra là i:
Trang 23eP m
1.3.2 Momen từ spin của điện tử
Ngoài momen từ quỹ đạo, điện tử còn có momen từ riêng, gọi là momen từ spin Khi giải bài toán về phương trình tổng quát đối với điện tử ở dạng tương đối tính, Dirac đã cho kết quả là, ngoài thành phần xung lượng chuyển động không gian, điện tử còn có một bậc chuyển động tự do, đó là chuyển động spin tương ứng với momen
S là số lượng tử spin có giá trị là ± ½
Tương ứng với momen spin, điện tử có momen từ spin
e P m
Trang 241.4 Thuận từ
1.4.1 Lý thuyết cổ điển về thuận từ (Lý thuyết Langevin) [2]
Theo Langevin, chất thuận từ chứa các nguyên tử hay phân tử, mỗi một nguyên tử hay phân tử có momen từ là µ, do các momen spin và momen quỹ đạo của điện tử không bù trừ nhau
Khi không có từ trường ngoài, momen từ của các nguyên tử định hướng hỗn loạn và triệu tiêu nhau, do đó từ độ của chất thuận từ bằng không Khi đặt
từ trường ngoài vào chất thuận từ, các momen từ có xu hướng quay theo hướng từ trường, trong khi đó năng lượng nhiệt (kBT) có tác dụng ngược lại, làm các momen từ định hướng hỗn loạn Năng lượng nhiệt ở nhiệt độ phòng, thông thường, lớn hơn nhiều lần năng lượng từ trường tác dụng lên các momen từ Ở nhiệt độ phòng chỉ một phần nhỏ momen từ quay theo hướng từ trường ngoài và do đó độ cảm từ của chất thuận từ có dấu dương và nhỏ Việc tăng nhiệt độ, năng lượng nhiệt tăng, hiệu ứng hỗn loạn các momen từ tăng
lên và χ giảm (định luật Curie C
T
) Trong trường hợp tổng quát, giả sử, các momen từ của n nguyên tử là µ các véctơ µ đều xuất phát từ tâm hình cầu với bán kính một đơn vị (hình 1.7) trong đó :
dn là số momen từ nằm trong góc khối θ và θ +dθ gần theo hướng từ trường ngoài
Khi không có từ trường ngoài tác dụng, số véctơ µ cắt một đơn vị diện tích mặt cầu (bán kính một đơn vị) như nhau ở bất kỳ vị trí nào của mặt cầu Do đó dn tỷ lệ với diện tích dA mặt cầu (hình 1.7)
Trang 25Hình 1.7 Vec tơ µ dưới tác dụng của từ trường H
Khi đặt từ trường H vào hệ, véctơ µ sẽ quay theo hướng H và có thế năng trong từ trường E H µHcos Ở trạng thái cân bằng nhiệt độ T, xác suất các momen từ của nguyên tử có năng lượng EH tỷ lệ với hàm E H/k T B
Trang 26Đặt X=cosθ, dX=-sinθdθ, từ (1.32) ta có:
1
1 1 1
µ
B B
k T
M k T H Phía bên phải biểu thức (1.34) gọi là hàm Langenvin, ký hiệu là L(a), với
Trang 27momen từ định hướng hoàn toàn theo hướng từ trường ngoài, năng lượng từ lớn hơn năng lượng do chuyển động nhiệt gây nên sự chuyển động hỗn loạn của các momen từ
Khi a nhỏ (từ trường nhỏ hay nhiệt độ cao), momen từ phụ thuộc tuyến tính vào từ trường ngoài
µ
m B
N C
Trang 28Hình 1.9 biểu diễn sự phụ thuộc của momen từ vào từ trường của ba chất sắt từ phổ dụng là Fe, Co và Ni (kim loại) với các giá trị bão hòa của các kim loại trên ở nhiệt độ phòng là 1714 emu/cm3, 1422 emu/cm3 và 484 emu/cm3 tương ứng
Hình 1.9 Từ độ của các kim loại Fe, Co và Ni
phụ thuộc vào từ trường ngoài
Trên trục hoành của hình 6.1 không đưa ra giá trị cụ thể cường độ H
Độ cảm từ (χ) của các kim loại sắt từ là lớn (lớn hơn chất thuận từ nhiều bậc)
và phụ thuộc vào cường độ từ trường ngoài
Hình 1.10 là dạng đường cong χ(H) của các chất sắt từ Ở vùng từ trường thấp χ tăng nhanh và đạt tới giá trị cực đại (χmax) Tiếp tục tăng H, χ giảm, ứng với giá trị bão hòa từ Sự biến đổi của χ phản ánh sự phụ thuộc phi tuyến của từ độ vào H Sở dĩ chất sắt từ dễ dàng từ hóa là do trong chất sắt từ,
ở dưới một nhiệt độ đặc trưng gọi là nhiệt độ Curie (TC), có trật tự từ tự phát tồn tại trong các miền (đomen) với các momen từ định hướng khác nhau ở các đomen khác nhau Do đó, khi H=0, tổng momen từ của chất sắt từ vẫn bằng không Khái niệm trên do Weiss đưa ra vào năm 1905 để giải thích định tính hiện tượng sắt từ
Khi tăng nhiệt độ trên nhiệt độ Curie, chất sắt từ chuyển từ trật tự từ sang trạng thái các momen từ định hướng hỗn loạn
Trang 29Hình 1.10 Sự phụ thuộc vào H
Nhiệt độ TC được gọi là nhiệt độ chuyển pha (trật tự ↔ bất trật tự) Tại T=TC, một số tính chất liên quan đến trật tự từ có dị thường theo nhiệt độ như:
hệ số dãn nở nhiệt, nhiệt dung của vật liệu, biến dạng từ giảo…
Các tính chất lý thú của vật liệu từ được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật
và đời sống là tính chất từ trễ, sự biến đổi kích thước trong từ trường (hiện tượng từ giảo), hiện tượng từ điện trở, độ dẫn từ…
Hiện nay, ngoài ba nguyên tố thuộc nhóm 3d là Fe, Co, Ni và một nguyên
tố ở nhóm 4f (Gd) ở dạng kim loại là chất sắt từ ở nhiệt độ phòng, người ta còn phát hiện ra nhiều kim loại, hợp kim và hợp chất có tính sắt từ với nhiệt độ Tc
khác nhau, từ vùng nhiệt độ thấp tới vùng nhiệt độ cao (bảng 1.2)
Trang 30từ trường ngoài lên từng spin từ của nguyên tử trong trật tự từ Nói cách khác, tại một điểm trong không gian trật tự từ một spin từ chịu tác dụng một từ trường tạo bởi các spin của các nguyên tử bao quanh (hình 1.11) Cường độ từ trường này tỷ lệ với từ độ I (hay M): H m λI
Ở đây λ là hệ số trường phân tử
Trang 31Hình 1.11 Spin từ ở điểm A chịu tác dụng của từ trường tạo bởi các nguyên
tử xung quanh
- Lý thuyết Weiss giải thích sự phụ thuộc vào nhiệt độ của từ độ
Dưới tác dụng của trường Weiss các momen spin từ chất sắt từ định hướng song song với nhau Giống như trường hợp thuận từ, các momen từ nguyên tử độc lập định hướng theo từ trường ngoài Độ định hướng phụ thuộc vào cường độ từ trường ngoài và nhiệt độ tác dụng lên chất thuận từ Vậy là,
có thể áp dụng bài toán về tính momen từ chất chất thuận từ cho trường hợp sắt từ bằng việc thêm vào từ trường ngoài H trong biểu thức (1.34) một từ trường Weiss:
I gJ
A
Trang 32Phương trình (1.43) rút gọn: I I B0 J(α) (1.46)
α là một biến số độc lập Trong các biểu thức (1.43) và (1.45) đều chứa
I Từ độ I có thể tìm được bằng việc giải hệ hai phương trình (1.45) và (1.46)
Ta có thể tìm nghiệm I bằng đồ thị theo biến số α Giao tuyến của hai đồ thị biểu diễn bằng phương trình (1.45) và (1.46) là nghiệm I của hệ phương trình Phương trình (1.46) tương ứng với đồ thị hàm Brillouin Khi α lớn từ độ tỷ đối I/I0≈1 (hình 1.12) Phương trình (1.45) là sự phụ thuộc tuyến tính của từ
độ vào α (các đường (1), (2), (3) trên hình 1.12)
Khi từ trường ngoài bằng không, đường thẳng (1) đi qua gốc tọa độ với
hệ số góc là
μ λ
B B
k T
gJ Tại một nhiệt độ xác định (T<TC), đường (1) cắt đồ thị
BJ(α) tại điểm P1 ứng với giá trị I<I0 trên trục tung Tiếp tục hạ nhiệt độ, hệ số góc của (1.45) giảm, đường (2) cắt BJ(α) tại P2 và I tăng lên
Hình 1.12 Phương pháp xác định từ độ tự phát; B J (α): hàm Brillouin (1.46); (1), (2) phương trình (1.45) với các giá trị T khác nhau khi H = 0 (3) phương
trình (1.45) khi H ≠0
Tại T→0 hệ số góc của (1.45) tiến tới 0, có thể coi như đường (2) cắt
BJ(α) tại vô cùng và từ độ đạt giá trị bão hòa, I/I0=1 Đường (3) trên hình 1.12 đặc trưng cho trường hợp có từ trường ngoài đặt vào mẫu (H≠0), hai đồ thị cắt nhau tại P3 Khi H tăng, từ độ tăng và H→∞ từ độ đạt giá trị bão hòa I/I0=1
Trường hợp H=0, khi nhiệt độ của mẫu sắt từ tăng, hệ số góc của đường thẳng (1.12) tăng và từ độ của mẫu giảm Ở nhiệt độ Curie, T=TC, hai
Trang 33đồ thị cắt nhau tại gốc tọa độ và I/I0=0 Tại đây có:
k T I
k T J
B C
B
ng J J T
k
Với μhd g J J( 1) là momen từ hiệu dụng Từ (1.51) ta thấy nhiệt
độ Curie phụ thuộc vào hệ số trường phân tử λ
Sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ được biểu diễn ở hình 1.13 Ta thấy, từ độ phụ thuộc nhiệt độ tính theo lý thuyết trường phân tử Weiss phù hợp tốt với các giá trị thực nghiệm của các chất sắt từ Ni, Fe và Co khi tính theo hàm Brillouin với J=1/2 và 1 Đường cong có dạng như hình 1.13 gọi là đường cong Weiss
Hình 1.13 Từ độ tỷ đối (I/I 0 ) phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn T/T C Đường lý thuyết tính theo hàm Brillouin với các giá trị J = ½, J = 1 và J = (lý thuyết cổ
Trang 34- Độ lớn của trường Weiss
Từ trường Weiss của sắt
Sắt là chất sắt từ có nhiệt độ Curie TC = 1040 K, từ độ bão hòa của Fe ở
0 K là I0=221,9 emu/g, số nguyên tử sắt trong 1m3 là 8,54.1028/m3, lấy J=1
Từ độ của sắt theo manheton Bohr với A là trọng lượng nguyên tử của
Fe, N là số Avogadro có :
20 0
μ
B C F
B
k T nM
(ở đây thay μhd bằng momen từ M của Fe)
Trường phân tử tác dụng lên các momen từ của Fe:
1.5.3 Nhiệt độ trật tự từ (T C )
Khi nhiệt độ của mẫu sắt từ tăng lên trên nhiệt độ Curie (T>TC) năng lượng chuyển động nhiệt lớn hơn năng lượng tương tác trao đổi (hay năng lượng của trường phân tử), chất sắt từ mất trạng thái trật tự và chuyển sang
Trang 35trạng thái thuận từ với các momen từ định hướng hỗn loạn
Tại nhiệt độ này, theo biểu thức 1.44 biến số thỏa mãn điều kiện:
từ Curie (θ) được mô tả trên hình 1.14
Trang 36Hình 1.14 Từ độ rút gọn (I/I 0 ) và độ cảm từ ( -1 ) phụ thuộc
vào nhiệt độ của chất sắt từ
Theo lý thuyết trường phân tử , ở dưới nhiệt độ Curie, chất sắt từ có từ
độ tự phát Tại 0 K, từ độ tự phát IS đạt giá trị cực đại I0=ngJμBvà giảm dần khi tăng nhiệt độ theo đường cong Weiss
Ở vùng gần nhiệt độ Curie momen từ giảm mạnh, đó là do tương tác trao đổi giữa các momen từ hay trường phân tử HW giảm Tại vùng nhiệt độ này, dưới tác dụng của từ trường ngoài, momen từ của mẫu sẽ tăng lên một cách đáng kể Sự gia tăng momen từ do từ trường ngoài gọi là quá trình thuận (para-process) Tại nhiệt độ Curie hay θ, từ độ tự phát bằng 0, độ cảm từ đạt giá trị vô cùng χ→∞ và χ-1=0
Theo biểu thức 1.62, tại điểm chuyển trật tự -không trật tự từ ta có
TC=θ Tuy nhiên thực tế TC≠θ như hình 1.15
Hình 1.15 Từ độ tự phát tỷ đối và -1 ở vùng gần nhiệt độ Curie
Trang 371.6 Cấu trúc đomen
1.6.1 Mở đầu
Dưới nhiệt độ Curie, các chất sắt từ, feri từ có trật tự từ tự phát, nghĩa là các momen từ định hướng song song (đối với chất sắt từ) và đối song song nhưng không bù trừ nhau (đối với chất feri từ) Thực tế cho thấy, các momen từ
tự phát chỉ tồn tại trong một vùng nhỏ nhất định của vật liệu từ Ở trạng thái khử từ, momen từ ở các vùng nhỏ định hướng khác nhau (tùy theo vật liệu), tổng momen từ của mẫu bằng không Vùng nhỏ ấy, được gọi là momen từ hay miền từ [2]
Vật liệu có kích thước đơn đomen (cỡ micromet) được sử dụng trong công nghệ ghi và phát tín hiệu âm thanh và hình ảnh (ghi từ) Các vật liệu có kích thước ở vùng nanomet lại có một tính chất đặc biệt giống như chất thuận
từ, được mang tên là chất siêu thuận từ (superparamagnetic material) Loại vật liệu này có ý nghĩa quan trọng trong việc ghi tín hiệu bằng từ tính mật độ cao nhưng ở dưới giới hạn thuận từ
1.6.2 Nguyên nhân tạo thành đomen
Sở dĩ ở dưới nhiệt độ Curie, các momen từ tự phát trong vật liệu từ phân chia thành các đomen là để năng lượng của vật liệu có giá trị cực tiểu
Thực tế, nhiều mẫu từ tính là đa trục từ, kích thước các chiều là hữu hạn và thông thường mẫu chịu ứng suất Trong trường hợp này, năng lượng trường khử từ đóng vai trò quyết định để mẫu tự chia thành các đomen với momen từ ở các đomen lân cận định hướng khác nhau Như vậy, năng lượng khử từ sẽ giảm đi đáng kể vì có sự khép kín mạch từ, và do đó giảm năng lượng từ trường tỏa ra ngoài không gian Xét việc hình thành đomen của một mẫu đơn trục từ (hình 1.16)
Trang 38Hình 1.16 Mẫu từ tính phân chia thành các đomen, giảm năng lượng trường
khử từ (từ trường ở không gian xung quanh mẫu)
Trường hợp hình 1.16 a mẫu là một đomen, năng lượng trường khử từ
là lớn Mẫu chia thành hai đomen hình b do N giảm, năng lượng trường khử
từ giảm và ở trường hợp hình c mẫu có bốn đomen, năng lượng trường khử từ giảm một cách đáng kể
Việc phân chia thành các đomen với momen từ sắp xếp ngược nhau như hình 1.16 là có lợi về năng lượng Tuy nhiên, việc phân chia này không thể tiếp tục vì lại xuất hiện một dạng năng lượng mới, đó là vách ngăn các đomen với hướng các momen từ ngược nhau Vách ngăn cách dự trữ một năng lượng gọi là năng lượng vách Việc phân chia thành các đomen tiếp tục diễn ra cho đến khi mà năng lượng tạo nên các vách đomen không lớn hơn việc giảm năng lượng trường khử từ (Ed) của mẫu Với các mẫu sắt từ (feri từ) thực, có các đomen từ khép kín mạch từ trong mẫu, các đomen nằm dọc theo các hướng từ hóa dễ Hình 1.17 là sơ đồ một số dạng đomen thường gặp
Hình 1.17 Một số cấu trúc đo men a Tinh thể đa trục từ,
b tinh thể đơn trục từ, c tinh thể sắt từ chứa 4%Si
Trang 391.6.3 Vách đomen
Có nhiều loại vách đomen khác nhau, phổ biến nhất là vách 900 và vách
1800 Vách ngăn cách các đomen có hướng momen từ hợp với nhau một góc
900 gọi là vách 900, vách ngăn cách các đomen với các momen từ có hướng ngược nhau gọi là vách 1800 Vách 1800 còn gọi là vách Block
1.7 Vật liệu từ mềm [1]
1.7.1 Mở đầu
Các vật liệu từ mềm rất đa dạng, khối lượng sử dụng lớn, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Các vật liệu từ mềm được sử dụng làm các vật dẫn từ trong các đường dây tải điện, các biến thế, các máy điện, các rơle, máy đo, lõi các cuộn cảm, các màn chắn từ… Vật liệu từ mềm đóng vai trò như một bộ khuếch đại cảm ứng từ
Hình 1.18 Đường trễ B(H) của vật liệu từ với các
Trang 40 Điện môi từ
Vật liệu từ mềm vô định hình và có kích thước nanomet
1.7.2 Các yêu cầu đối với vật liệu từ mềm
Ba yêu cầu chung cho các vật liệu từ mềm là :
Từ hóa dễ, nghĩa là khi từ trường ngoài H đặt vào để từ hóa vật liệu với giá trị nhỏ mà cảm ứng từ B đã đạt được khá lớn (vật liệu có giá trị μ0 lớn
μmax lớn và HC nhỏ
Cảm ứng từ cực đại (BS) có giá trị cao Điều này có nghĩa là các vật liệu từ mềm với một thể tích không đổi, số đường sức từ qua nó càng nhiều càng giảm được kích thước của vật liệu từ
Có thể hai điều kiện trên không thể thỏa mãn đồng thời trong một loại vật liệu
Khi sử dụng các vật liệu từ mềm trong từ trường xoay chiều sẽ xuất hiện tổn hao, yêu cầu tổn hao càng nhỏ càng tốt Tổng các thành phần tổn hao chính gọi là tổn hao toàn phần, ký hiệu Ptf
B d f K P
1.7.3 Ferit từ mềm
Các ferit từ mềm rất đa dạng, có thể phân loại như sau:
Các ferit từ mềm có dạng đường trễ dạng tròn, thường được sử dụng trong từ trường biến đổi với tần số f trong khoảng 103÷107 Hz Trong số các ferit loại này, có hai họ ferit điển hình đó là ferit họ NiZn và MnZn
