Bài 34. Sự từ hoá các chất, sắt từ

SỰ TỪ HOÁ CÁC CHẤT. SẮT TỪ
BÀI 34
SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT. SẮT TỪ
Các chất thuận từ và nghịch từ.
Các chất sắt từ.
Nam châm điện. Nam châm vĩnh cữu.
Hiện tượng từ trễ.
Ứng dụng của các vật sắt từ
SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT. SẮT TỪ
Các chất thuận từ và nghịch từ.
 Hãy đọc đoạn 1 trong sgk để tìm hiểu:
+ Thế nào là các chất thuận từ và nghịch từ?
+ Nguyên nhân của hiện tượng từ hoá ở các chất nầy?
+ Đặc điểm của các chất thuận từ và nghịch từ?
+ Hiện tượng từ hoá: Các chất trong thiên nhiên khi đặt trong từ trường đều bị nhiễm từ.
+ Một số chất có tính từ hoá mạnh. Số còn lại có tính từ hoá yếu. Những chất có tính từ hoá yếu gồm chất thuận từ và nghịch từ.
+ Nguyên nhân của sự nhiễm từ ở các chất thuận từ và nghịch từ là do các dòng điện kín trong phân tử (do sự chuyển động của các e- trong nguyên tử tạo thành).
+ Đặc điểm: Khi khử từ trường ngoài thì từ tính của các chất thuận từ và nghịch từ cũng bị mất đi.
SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT. SẮT TỪ
2. Các chất sắt từ.
+ Các chất có tính từ hoá mạnh gọi là chất sắt từ: sắt, niken, côban,…
Hãy giải thích tính từ hoá mạnh ở chất sắt từ?
Mẫu sắt từ không đặt trong từ trường ngoài
Mẫu sắt từ đặt trong từ trường ngoài
+ Một mẫu sắt từ được cấu tạo từ rất nhiều miền từ hoá tự nhiên được coi như các kim nam châm nhỏ.
+ Khi chưa có từ trường ngoài, các kim nam châm nhỏ sắp xếp hỗn độn  thanh sắt từ không có từ tính.
Mẫu sắt từ đặt trong từ trường ngoài
Mẫu sắt từ đặt trong từ trường ngoài
+ Khi có từ trường ngoài, các kim nam châm nhỏ sắp xếp lại theo hướng của từ trường ngoài  thanh sắt từ có từ tính.
SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT. SẮT TỪ
2. Các chất sắt từ.
Mẫu sắt từ không đặt trong từ trường ngoài
Mẫu sắt từ đặt trong từ trường ngoài
SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT. SẮT TỪ
3. Nam châm điện. Nam châm vĩnh cữu.
+ Cho dòng điện qua ống dây có lõi sắt thì lõi sắt bị từ hoá. Từ trường tổng hợp lớn gấp hàng trăm, hàng ngàn lần so với từ trường ngoài.
+ Ống dây mang dòng điện có thêm lõi sắt gọi là nam châm điện.
+ Nếu ngắt dòng điện (triệt tiêu từ trường ngoài) thì từ tính lõi sắt cũng mất. Ta gọi đó là chất sắt từ mềm
+ Đối với lõi thép, khi ngắt từ trường ngoài thì từ tính của lõi thép còn giữ được một thời gian dài. Thanh thép trở thành nam châm vĩnh cửu.
+ Chất sắt từ mà từ tính tồn tại khá lâu. Chất sắt từ như vậy gọi là chất sắt từ cứng.
SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT. SẮT TỪ
4. Hiện tượng từ trễ .
Từ trường
của lõi thép
Từ trường ngoài
Q
B1
L
BC
-BC
P
K
M
N
- B0
B0
-B1
A
+ Khi từ trường ngoài (Bn) tăng từ 0 đến B0 thì từ trường của lõi thép (Bt) tăng từ 0 đến B1 theo đường cong OAM.
+ Khi Bn giàm từ B0 đến 0 thì Bt giảm theo đường MP về giá trị B1’ khác 0. B1’ gọi là từ dư
B’1
+ Khi Bn biến đổi từ 0 đến – B0 thì Bt giảm theo đường PQN. Tại Q, Bt = 0, Bn = - Bc . Bc gọi là từ trường kháng từ của lõi thép.
Q
O
+ Khi Bn tăng từ -B0 đến B0 thì Bt tăng theo đường NKLM. Quá trình sau đó xảy ra theo đường cong kín, gọi là chu trình từ trễ.
SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT. SẮT TỪ
4. Hiện tượng từ trễ.
Khi Bn tăng từ -B0 đến B0 thì Bt tăng theo đường NKLM. Quá trình sau đó xảy ra theo đường cong kín, gọi là chu trình từ trễ.
Khi Bn biến đổi từ 0 đến – B0 thì Bt giảm theo đường PQN. Tại Q, Bt = 0, Bn = - Bc . Bc gọi là từ trường kháng từ của lõi thép.
SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT. SẮT TỪ
5. Ứng dụng của các vật sắt từ
Nam châm điện
Khe từ
Lớp nền của băng từ
Lớp bột sắt từ cứng của băng từ
Sự từ hoá của các chất có nhiều ứng dụng trong đời sống, kĩ thuật, nghiên cứu khoa học: nam châm trong cửa tủ, chuông điện, ống nghe, cần cẩu điện, thiết bị ghi và đọc âm thanh, …
SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT. SẮT TỪ
5. Ứng dụng của các vật sắt từ
Thiết bị ghi và đọc âm:
+ Cấu tạo:
- Đầu từ: nam châm điện có lõi bằng sắt từ mềm.
- Băng từ: lớp nền bằng chất dẻo, trên có phủ lớp sắt từ cứng
+ Nguyên tắc ghi âm: âm nói trước micrô  dao động điện  khuếch đại  cuộn dây của đầu từ ghi  lõi sắt bị từ hoá thành 2 cực 2 bên khe từ  lớp bột sắt bị từ hoá theo đúng dao động âm.
+ Nguyên tắc phát âm: băng từ chạy qua đầu từ đọc  hiện tượng cảm ứng điện từ làm xuất hiện dao động điện trong cuộn dây  khuếch đại  loa phát ra âm.
Loa điện động:
Hình 1.1. Cấu tạo loa điện động
Cấu tạo: Loa gồm một nam châm hình trụ có hai cực lồng vào nhau , cực S ở giữa và cực N ở xung quanh, giữa hai cực tạo thành một khe từ có từ trường khá mạnh, một cuôn dây được gắn với màng loa và được đặt trong khe từ, màng loa được đỡ bằng gân cao su mềm giúp cho màng loa có thể dễ dàng dao động ra vào.
Hoạt động: Khi ta cho dòng điện âm tần ( điện xoay chiều từ 20 Hz ⇒ 20.000Hz ) chạy qua cuộn dây, cuộn dây tạo ra từ trường biến thiên và bị từ trường cố định của nam châm đẩy ra, đẩy vào làm cuộn dây dao động ⇒ màng loa dao động theo và phát ra âm thanh

Nguyên lý làm việc của loa điện động: Cuộn dây động của loa nằm trong từ trờng của nam châm có cực bắc (N) ở trong lòng cuộn dây, cực nam (S) ở vòng chung quanh cuộn dây. Khi dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây động của loa thì nó sinh ra một từ trường biến đổi. Cuộn dây động nằm trong từ trường biến đổi thì sẽ di chuyển dọc theo khe từ, theo quy luật bàn tay trái.
Nếu từ trường của nam châm toả ra chung quanh và dòng điện chạy theo chiều mũi tên, thì theo quy luật bàn tay trái cuộn dây động của loa sẽ bị kéo xuống. Khi dòng điện đổi chiều, nghĩa là dòng điện chạy theo chiều mũi tên đứt đoạn thì theo quy luật bàn tay trái, cuộn dây động của loa sẽ bị kéo lên. Do đó, khi dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây động thì cuộn dây sẽ rung theo nhịp điệu đó. Rung động này truyền sang màng loa, làm cho màng loa rung động, nên tai nghe đợc âm thanh. Nón loa càng rộng thì âm thanh càng trầm.

Loa điện từ:

Hình 2.1. Cấu tạo của loa điện từ
Loa điện từ còn gọi là loa kim

Cấu tạo: Hình 2.1, trong đó: a là nam châm, b là cuộn dây, c là lỡi gà, d là màng loa bằng giấy, đ là sờn loa, 3 là hai miếng sắt chữ U, f là các miếng sắt non, g là cần câu, một đầu gắn vào lưỡi gà, một đầu gắn vào chóp nón loa.
Nam châm có thể là hình trụ hay hình móng ngựa. Bộ phận động cơ của loa có thể lắp ở phía sau nón loa như­ trong hình trên, có thể lắp trên giá gỗ ở phía nón loa.
Hoạt động: Khi có dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây thì cuộn dây và lưỡi gà nằm trong một từ trường không đổi của nam châm.
Khi dòng diện âm tần chạy qua cuộn dây loa thì tạo nên từ trường biến đổi. Lưỡi gà nằm trong từ trường này, nên bị rung động theo tần số của dòng điện chạy qua cuộn dây. Hệ thống cần câu này truyền rung động này tới màng loa. Mang loa rung động và phát ra âm thanh.

Micro:

Thực chất cấu tạo micro là một chiếc loa thu nhỏ, về cấu tạo micro giống loa nhưng micro có số vòng quấn trên cuộn dây lớn hơn loa rất nhiều vì vậy điện trở của cuộn dây micro là rất lớn khoảng 600Ω (điện trở loa từ 4Ω - 16Ω ) ngoài ra màng micro cũng được cấu tạo rất mỏng để dễ dàng dao động khi có âm thanh tác động vào. Loa là thiết bị để chuyển dòng điện thành âm thanh còn micro thì ngược lại, micro đổi âm thanh thành dòng điện âm tần.

Ampe kế sắt quay:

Hình 4.1. Cấu tạo của ampe kế sắt quay
Bộ phận chủ yếu của ampe kế sắt quay gồm một ống dây dẹt D và một tấm sắt S đặt gần một đầu ống dây.
Khi cho dòng điện vào ống dây thì tấm sắt S bị hút vào trong lòng ống dây làm quay trục T. Do đó kim lệch khỏi vạch số không. Khi đó lò xo L bị xoắn lại và gây ra mômen cản.
Ampe kế sắt quay có cấu tạo đơn giản, chịu được những quá tải khá lớn. Vì vậy chúng được dùng rộng rãi trong kĩ thuật.

Rơle điện từ:

Rơle tự động:
Hình 5.1. Cấu tạo rơle tự động
Hình 5.1 là sơ đồ nguyên tắc cấu tạo một kiểu rơle điện từ tự động ngắt mạch. Trong sơ đồ đó N là nam châm điện, S là lá sắt. Lò xo L1 kéo là sắt S và do đó dữ cho dao D không bị bật ra.
Nếu vì một lí do nào đó (ví dụ bị chập mạch) dòng điện trong mạch tăng quá mức cho phép thị nam châm điện N hút lá sắt S về phía nó. Khi đó lò xo L2 kéo dao D bật ra khỏi thanh tiếp xúc T. Vì vậy dòng điện bị ngắt.
Rơ le nói trên gọi là rơle dòng cực đại. Người ta còn chế tạo nhiều kiểu rơle khác được dùng với nhiều mục đích tự động khác nhau.

2)Rơle điều khiển:


Hình 5.2. Cấu tạo của rơle điều khiển
Hình 5.2 là sơ đồ nguyên tắc hoạt động của một rơ le điều khiển việc đóng ngắt mạch điện. Bộ phận chủ yếu của rơ le là nam châm điện N. Khi đóng khoá K thì N hút thanh sắt S. Thanh sắt này mang bộ phận tiếp xúc, vì vâyj khi hút về phía nam châm điện nó sẽ đóng mạch điện công tác. Khi mở khoá K nam châm điện N nhả thanh sắt S nhờ lò xo L, do đó mạch bị ngắt.
Với rơle này ta có thể dùng dòng điện nhỏ để đóng mạch công tác trong đó thường có dòng điện rất lớn. Cách mắc rơ le này thường được dùng để điều khiển mạch công tác ở cách xa nơi điều khiển.

SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT. SẮT TỪ
Củng cố
Câu 1
Chọn phát biểu sai:
a. Khi ngắt dòng điện trong cuộn dây của nam châm thì từ tính của lõi sắt mất rất nhanh.
b. Sắt có từ tính mạnh là vì trong sắt có những miền từ hoá tự nhiên.
c. Trong thiên nhiên có rất nhiều nguyên tố hoá học thuộc loại chất sắt từ.
d. Chu trình từ trễ chứng tỏ sự từ hoá của sắt phụ thuộc một cách phức tạp vào từ trường gây ra sự từ hoá.
Câu 2.
Chất nào sau đây có từ tính tồn tại khá lâu sau khi từ trường ngoài bị triệt tiêu?
a. Chất sắt từ mềm
b. Chất sắt từ cứng
c. Chất thuận từ và nghịch từ
d. Chất sắt từ mềm, chất thuận từ và nghịch từ
Câu 3.
Chất nào sau đây có từ tính bị mất rất nhanh sau khi từ trường ngoài bị triệt tiêu?
a. Chất sắt từ mềm
b. Chất sắt từ cứng
c. Chất thuận từ và nghịch từ
d. Chất sắt từ mềm, chất thuận từ và nghịch từ