Giáo Án 11 nâng cao rất hay (trọn bộ) mời các thầy cô tham khảo

Bài 34
Sự từ hoá các chất
Sắt từ
Các chất thuận từ và nghịch từ
Các chất khi đặt trong từ trường đều bị nhiễm từ hay còn gọi là bị từ hoá
Chỉ có một số ít các chất có tính từ hoá mạnh là các chất sắt từ. Đa số các chất đều có tính từ hoá yếu, bao gồm chất thuận từ và chất nghịch từ.
Nguyên nhân của sự từ hoá chất thuận từ và nghịch từ là do trong phân tử của chúng có dòng điện kín.
Khái quát:
a. Chất thuận từ
Chất thuận từ là chất có mômen từ nguyên tử, nhưng mômen từ này rất nhỏ, không liên kết được với nhau (do khoảng cách giữa chúng xa và mômen từ yếu).
Khi có tác dụng của từ trường ngoài, các mômen từ này sẽ bị quay theo từ trường ngoài, làm cho cảm ứng từ tổng cộng trong chất tăng lên - mômen từ của chất thuận từ là dương.
Mômen từ của chất thuận từ rất nhỏ. Chúng không giữ được từ tính, mà lập tức bị mất đi khi ngắt từ trường ngoài.
Một số chất thuận từ điển hình là Al, Na, O2, Pt...

Các chất thuận từ và nghịch từ
Hình 1.2. Ôxy lỏng (chất thuận từ) bị hút vào cực của nam châm điện
b. Chất nghịch từ
Chất nghịch từ là chất không có mômen từ nguyên tử (tức là mômen từ sinh ra do các điện tử bù trừ lẫn nhau), vì thế khi đặt một từ trường ngoài vào, nó sẽ tạo ra các mômen từ ngược với từ trường ngoài
Vật nghịch từ sẽ bị đẩy ra khỏi từ trường.
Tính nghịch từ là rất yếu
Các chất nghịch từ điển hình là H2O, Si, Bi, Pb, Cu, Au...
Các chất thuận từ và nghịch từ
Các chất sắt từ:
Các chất có tính từ hoá mạnh hợp thành một nhóm gọi là chất sắt từ. Các chất sắt từ điển hình: Fe, Ni, Co, Gd,…
Tính từ hoá mạnh ở sắt được giải thích là do sắt có cấu trúc đặc biệt về phương diện từ.

Hình 2.1. Sắt - một chất điển hình của nhóm sắt từ
Các chất sắt từ:
Hình 2.2. Các miền từ hoá tự nhiên trong sắt từ
Phân loại:
Sắt từ mềm
Dễ từ hóa và dễ khử từ
Thường được dùng làm vật liệu hoạt động trong từ trường ngoài, ví dụ như lõi biến thế, lõi nam châm điện, các lõi dẫn từ...
Một số loại sắt từ mềm: tôn silic, hợp kim Permalloy, hợp kim FeCo, gốm ferrite MO.Fe2O3, hợp kim vô định hình và nano tinh thể
Sắt từ cứng
Khó khử từ và khó bị từ hóa
Dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu hoặc được sử dụng làm vật liệu ghi từ trong các ổ đĩa cứng, các băng từ
Một số loại sắt từ cứng: hợp kim AlNiCo, gốm ferrite (BaFexO, SrFexO), sắt từ cứng liên kim loại chuyển tiếp - đất hiếm, hợp kim FePt và CoPt, nam châm tổ hợp trao đổi đàn hồi, …
Hiện tượng từ trễ
Từ trễ (magnetic hysteresis) là hiện tượng bất thuận nghịch giữa quá trình từ hóa và đảo từ ở các vật liệu sắt từ do khả năng giữ lại từ tính của các vật liệu sắt từ
Khi lõi thép bị từ hoá bởi từ trường ngoài, triệt tiêu từ trường ngoài, trong lõi thép vẫn còn tồn tại từ trường, gọi là từ dư
Khi lõi thép có từ dư, ta áp từ trường ngoài có chiều ngược với chiều của từ dư và độ lớn bằng B, khi đó từ trường lõi thép bị triệt tiêu. Khi đó, B được gọi là từ trường kháng từ
Đường cong kín hay chu trình từ trễ của một chất diễn tả sự phụ thuộc của sự từ hoá trong chất đó vào từ trường ngoài
Hình 3.1. Đường cong từ trễ của chất sắt từ
Ứng dụng của các vật sắt từ
4.1. Loa điện động
Hình 4.1. Cấu tạo loa điện động
Ứng dụng của các vật sắt từ
4.1. Loa điện động
Loa điện động hoạt động dựa trên nguyên tắc một cuộn dây đặt trong một từ trường mạnh của nam châm. Khi có dòng điện âm tần chạy qua, cuộn dây sẽ dao động. Do cuộn dây được nối với màng loa nên các dao động này được truyền ra không khí, tác động vào người nghe.

Phân loại: loa nén, loa thông dụng
Hình 4.2. Cấu tạo loa điện động
Ứng dụng của các vật sắt từ
4.2. Loa điện từ
Trong đó: a là nam châm, b là cuộn dây, c là lưỡi gà, d là màng loa bằng giấy, đ là sườn loa, e 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.
Ứng dụng của các vật sắt từ
4.3. 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.
Ứng dụng của các vật sắt từ
4.4. Ampe kế sắt quay
Hình 4.4. Cấu tạo 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.
Ứng dụng của các vật sắt từ
4.5. Rơle điện từ
Hình 4.5. Cấu tạo rơle điện từ tự động ngắt mạch
Trong sơ đồ bên N là nam châm điện, S là lá sắt. Lò xo L1 kéo lá sắt S và do đó giữ 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 thì 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.
4.5.a. Rơle điện từ tự động ngắt mạch
Ứng dụng của các vật sắt từ
4.5. Rơle điện từ
Hình 4.3. Cấu tạo rơle điện từ điều khiển việc ngắt mạch
4.5.b. Rơle điện từ điều khiển việc ngắt mạch
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 vây 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.