Chuong IX Vat lieu tu 2017

Chuong IX Vat lieu tu 2017 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực k...

Trang 1

CHƯƠNG IX: VẬT LIỆU TỪ

Trang 2

TS Nguyễn Văn Dũng 2/11/2015 Tài liệu có bản quyền Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào

NỘI DUNG

I TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LiỆU

II PHÂN LOẠI VẬT LIỆU TỪ

III TỪ HÓA VÀ NHIỆT ĐỘ

IV VÙNG TỪ TÍNH

V VẬT LiỆU SẮT TỪ MỀM VÀ CỨNG

VI TỔN HAO SẮT TỪ

Trang 4

1 Mô men lưỡng cực từ

sau

Trang 5

 Khi Mô men từ được đặt trong từ trường, nó sẽ bị tác động của

Mô men lực để quay trục của nó theo từ trường:

Trang 6

2 Lý thuyết từ phân tử

(hỗn loạn)  ảnh hưởng của từ trường của các nam châm triệt tiêu lẫn nhau  tổng từ trường bằng 0 và không hình thành cực nam và bắc của khối vật liệu

Trang 7

 Khi bị từ hóa, các nam châm phân tử sắp xếp định hướng theo

từ trường ngoài  hình thành tổng từ trường và cực nam và bắc của khối vật liệu

Trang 8

3 Lý thuyết từ nguyên tử -Mômen từ nguyên tử

Trang 9

 Điện tử tự quay quanh trục của nó tạo ra Mô men từ spin

S m

e m

e spin





Với S: động lượng góc

m s

Trang 10

 Mô men từ orbital và Mô men từ spin tạo nên mô men từ

của nguyên tử

m

Trang 11

Mô men từ trong vật liệu

Trang 12

Mô men từ định hướng theo từ trường ngoài

Trang 13

4 Véc tơ từ hóa M

chân không Từ trường trong

B o )

nI

Trang 14

được đặt vào trong lòng ống dây Lúc này từ trường trong lòng ống dây (khối vật liệu) là B

> B o

ứng dưới tác động của từ trường

mạng mô men từ m theo hướng

từ hóa M được định nghĩa là tổng mô men từ của vật liệu trên 1 đơn vị thể tích

Trang 15

1

Trang 16

B o

từ một mạch dòng điện (current loop) ở cấp độ nguyên tử

Trang 18

5 Trường từ hóa (cường độ từ trường)

thành dòng từ hóa trên bề mặt vật liệu

M B

I nI

Trang 19

 Từ trường B o là từ trường từ hóa được sinh ra bởi dòng điện

chạy trong ống dây dùng để từ hóa vật liệu

cả vào dòng điện ngoài và độ từ hóa M.

nI B

M B

o o

Trang 20

6 Độ từ thẩm và độ cảm từ

từ thẩm  được định nghĩa là là tỉ số giữa B và H

động của từ trường (khả năng tập trung đường sức từ vào vật liệu)

trường trong vật liệu khi so sánh với chân không

o

r

H

B B

Trang 21

Độ cảm từ

phản ứng của vật liệu dưới tác động của từ trường)

H

M

m 



Trang 22

Trang 23

1 Vật liệu nghịch từ ( Diamagnetic Material )

 Là chất không có từ tính, hưởng ứng ngược với từ

trường ngoài

 Khi không có từ trường ngoài, không tồn tại các mômen

từ nên tổng mômen từ bằng 0

 Khi có từ trường ngoài, xuất hiện các mômen từ nên

tổng mômen từ khác 0 và tạo ra từ trường bên trong Tuy nhiên từ trường bên trong B int ngược hướng với từ trường ngoài B o

  r < 1

 Độ cảm từ  m có giá trị âm (<0)

Trang 24

Trang 25

 Vật liệu nghịch từ có

xu hướng chống lại các đường sức từ

Trang 26

2 Vật liệu thuận từ ( Paramagnetic Material )

tử (nhưng giá trị nhỏ)

mômen từ bằng 0

B o

Trang 27

B = 0 B > 0

Trang 28

 Vật liệu thuận từ

cho các đường sức

từ đi qua

Trang 29

3 Vật liệu sắt từ ( Ferromagnetic Material )

 Khi không có từ trường ngoài, tồn tại các Domain từ

( vùng mà các momen từ cùng chiều )

 Tuy nhiên các Domain từ này sắp xếp ngẫu nhiên nên

tổng mômen từ bằng 0 ( vật liệu đã bị khử từ )

 Khi có từ trường ngoài, các Domain từ định hướng lại để

tạo ra từ trường bên trong B int cùng chiều với từ trường ngoài B o Kết quả là tạo ra từ trường tổng B = B o + B int rất lớn

  r >> 1 và thay đổi phụ thuộc H, có từ tính mạnh

 Độ cảm từ  m rất lớn

Trang 30

Trang 32

Trang 34

 Vật liệu gốm chế tạo từ các oxit

 Giống vật liệu sắt từ khi nhiệt độ T>T c , Ferrite trở thành

vật liệu thuận từ

 Tồn tại từ hóa M ngay cả khi không có từ trường ngoài (tồn

tại 02 loại mômen từ nguyên tử ngược hướng)

 Từ tính yếu hơn vật liệu sắt từ

 Ferrite không dẫn điện nên không có tổn hao do dòng điện

xoáy  được sử dụng rộng rãi làm mạch từ trong các thiết

bị điện tử có tần số cao (Ferrite từ mềm- Mn a Zn (1-a) Fe 2 O 4 ,

Ni a Zn (1-a) Fe 2 O 4 )

 Ferrite từ cứng dùng làm nam châm vĩnh cữu ( Barium

ferrite , BaFe 12 O 19 (BaO·6Fe 2 O 3 ) )

4 Vật liệu từ Ferrite ( Ferrimagnetic Material )

Trang 36

 Từ hóa vật liệu từ

 Đường cong từ hóa

 Ảnh hưởng của nhiệt độ

III TỪ HÓA VÀ NHIỆT ĐỘ

Trang 37

1 Từ hóa vật liệu sắt từ

Trang 38

Vật liệu chưa bị từ

hóa

Vật liệu bị từ hóa

Trang 39

2 Đường cong từ hóa

• Tăng H  B tăng theo đường

cong từ hóa ban đầu và bão hòa

đạt giá trị B s

• Giảm H, B không giảm theo

đường cong từ hóa ban đầu 

từ trễ  tổn hao từ trễ

• H = 0, B= B r (từ dư)

• Giảm H = H c (lực kháng từ),

B=0

• Tiếp tục giảm H, B đạt cực đại

và bão hòa theo chiều âm

• Tăng H trở lại  B giảm, quá

trình khử từ lặp lại Từ hóa vật liệu bằng từ trường xoay

Trang 40

Họ đường cong từ trễ

• Khi biên độ dòng từ hóa xoay chiều thay đổi  cường độ từ trường cực đại

H thay đổi 

thu được họ đường cong từ trễ

Trang 41

3 Ảnh hưởng nhiệt độ

• Tăng nhiệt độ sẽ:

- Tăng dao động nhiệt của nguyên tử

- Tổng mô men từ giảm

- Giảm độ từ hóa M

- Từ tính của vật liệu biến mất (trở thành chất thuận từ)

- Từ dư bằng 0

Trang 42

Trang 43

Nhiệt độ Curie (T C ) một số chất

Trang 44

• Giữa các Domain là vùng biên

có độ từ hóa M đổi chiều từ từ

• Độ từ hóa của vật liệu bằng

Domain

Trang 46

 Vật liệu sắt từ mềm

 Vật liệu sắt từ cứng

V VẬT LIỆU SẮT TỪ MỀM VÀ CỨNG

Trang 47

1 Định nghĩa

 Dựa vào đường cong B-H, vật liệu sắt từ được chia

thành sắt từ mềm và sắt từ cứng

Trang 48

 Ứng dụng trong các thiết bị khi sự từ hóa và khử từ

diễn ra theo chu kỳ như Máy điện, Máy biến áp, Cuộn cảm, Rơ le điện từ… (yêu cầu có tổn hao từ trễ nhỏ)

Trang 49

(78,5Ni-21,5Fe)

510-6 0,86 <0,1 8103 105 <0,1 Thiết bị yêu

cầu tổn hao thấp

Ferrite (Fe3O4)

(Mn-Zn ferrite)

10-5 0,4 <0,01 2103 5103 <0,01 Thiết bị có tần

số cao

Trang 50

Ứng dụng của sắt từ mềm

Trang 52

  r nhỏ hơn so với vật liệu sắt từ mềm

 Dùng làm nam châm vĩnh cữu hoặc thiết bị lưu trữ

thông tin

Trang 53

Vật liệu oHc (T) Br(T) (BH)max (kJ/m3) Ứng dụng

Alnico

(Fe-Al-Ni-Co-Cu)

0,19 0,9 50 Nam châm vĩnh cữu

bước, máy phát điện nam châm vĩnh cữu trong tua bin gió

Cassette)

video

Thông số một số sắt từ cứng thông dụng

Trang 54

Từ hóa làm Nam châm vĩnh cữu

 Từ dư lớn sau khi từ hóa

Trang 55

Năng lượng nam châm

lượng truyền cho không gian bên ngoài

hiện năng lượng truyền ra không khí

 Năng lượng cho 1 đơn vị thể tích

khe hở không khí

i i L

H B

W 

Trang 56

 Nam châm kín: B i =B r , H i = 0  W L =0

lượng truyền cho không gian bên ngoài

 Để có năng lượng từ cao, vật liệu cần có lực kháng từ lớn

Trang 57

VI TỔN HAO SẮT TỪ

 Tổn hao từ trễ

 Tổn hao do dòng điện xoáy

Trang 58

1 Tổn hao từ trễ

 Nguồn gốc: khi cường độ từ trường đổi chiều  các domain

từ cần năng lượng để định hướng lại  tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệt  tổn hao từ trễ

 Tỉ lệ thuận với mắc từ trễ  sử dụng vật liệu có mắc từ trễ

Trang 59

2 Tổn hao do dòng điện xoáy

Foucault (dòng điện xoáy)  nóng lõi thép  tổn hao

thép mỏng có điện trở suất cao được sơn tĩnh điện hai mặt và ghép lại với nhau

Trang 60

 Công thức tính tổn hao do dòng điện xoáy:

Với:

f: tần số dòng điện t: chiều dày khối vật liệu

: điện trở suất của vật liệu

Trang 61

3 So sánh tổn hao sắt từ của một số vật liệu

Vô định hình Siêu tinh thể

Xử lý bằng laser

Thép cán nguội dị hướng

có độ từ thẩm cao

Thép cán nguội dị hướng

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	5,75 MB