TỪ HỌC VÀ ỨNG DỤNG

MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
CHƯƠNG I
CÁC NHÓM
NHÓM 1
NHÓM 2
NHÓM 3
NHÓM 4
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
CHƯƠNG I
Giáo viên: TRẦN NGỌC THỚI
Châu Thành – Tiền Giang
SĐT: 01682 852 399
BÀI 1
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
CHƯƠNG I
BÀI 2
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
CHƯƠNG I
BÀI 3
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
CHƯƠNG I
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
điện tích âm
điện tích dương
Có thể tách riêng biệt
cực từ nam (S)
cực từ bắc (N)
Không thể tách riêng biệt
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
CHƯƠNG I
Từ trường ở tâm cuộn solenoit có độ dài lớn hơn nhiều lần đường kính là:

H = ni

MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
CHƯƠNG I
Một thanh nam châm chiều dài là l
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
Từ trường: Khoảng không gian trong đó một cực từ chịu một lực tác dụng. Từ trường có thể gây bởi một cực từ hoặc bởi một dòng điện.

Cường độ từ trường: Chỉ độ mạnh yếu của từ trường, không phụ thuộc vào môi trường xung quanh,
Ký hiệu: H
H = ni
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
Độ cảm từ: là đại lựơng vật lý đặc trưng cho khả năng từ hóa của vật liệu hay nói lên phản ứng của chất duới tác dụng của từ truờng ngoài. Độ cảm từ thể hiện mối quan hệ giữa từ độ và từ trường ngoài.
Ký hiệu

Cảm ứng từ: chỉ cường độ từ trường trong môi trường.
Ký hiệu là B
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
Trong lòng ống dây không phải là chân không mà là một vật nào đó thì sự có mặt của vật đó sẽ làm thay đổi cảm ứng từ trong ống dây. Cảm ứng từ này tỷ lệ với từ trường với hệ số tỷ lệ được gọi là từ thẩm  thì cảm ứng từ trong lòng vật đó là: B = H
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
Ta còn định nghĩa độ cảm từ tương đối (không thứ nguyên):

Cảm ứng từ gồm từ trường tạo bởi cuộn dây và từ độ của vật liệu từ được từ hóa trong lòng cuộn dây

B = M + 0H

B = ( + 0) H = H
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
Ta cũng định nghĩa độ thẩm từ tương đối:



có giá trị như nhau trong hệ SI và hệ CGS.
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ TỪ HỌC
BÀI 1
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
Khi không có từ trường ngoài tác dụng, chất nghịch từ không có moment từ. Khi có từ trường ngoài tác dụng, moment từ của chất nghịch từ định hướng ngược với hướng từ trường ngoài. Do đó, vật liệu nghịch từ là vật liệu có độ cảm từ có giá trị âm và độ lớn chỉ vào cỡ 10-5 (rất yếu).
Ví dụ: Bảng giá trị độ từ cảm của một số chất nghịch từ
Nguồn gốc tính nghịch từ là chuyển động của điện tử trên quỹ đạo quanh hạt nhân, tạo ra từ trường có chiều ngược với từ trường ngoài .

Chú ý:
Vật liệu siêu dẫn (superconductor) đôi khi được gọi là vật liệu nghịch từ lý tưởng vì có B = 0 ở trong lòng vật liệu tức là  = –1.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
Hình: Sơ đồ nguyên tử nghịch từ trong từ trường ngoài.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
Đường cong từ hoá của vật liệu nghịch từ

Các chất siêu dẫn có B = 0 và    = -1 được xem là các chất nghịch từ lý tưởng.
Tính chất từ của nghịch từ rất nhỏ bé nên trong thực tế người ta không quan tâm đến việc ứng dụng các vật liệu này về phương diện từ tính.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
a. Chất thuận từ theo lý thuyết cổ điển Langevin:
Từ tính của chất thuận từ được tính theo mômen từ nguyên tử mà trong đó các mômen từ này không tương tác .

Tổng thống kê của hệ sẽ được cho bởi:
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
và độ từ hoá của chất thuận từ được xác định bởi:

CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
b. Theo lý thuyết lượng tử:
Trong cơ học lượng tử, từ độ được xác định bằng phương pháp thống kê lượng tử và cho kết quả tương tự:



với μB,S là Bohr magnetonvà mômen spin.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
Như vậy theo thuyết Langevin cổ điển độ cảm thuận từ  tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối. Điều này phù hợp với định luật thực nghiệm Curie (công bố năm 1895, trước khi có lí  thuyết Langevin).
là hằng số Curie.
Bảng: Độ cảm từ của một số chất thuận từ
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
c. Chất thuận từ trong các giới hạn:
Từ hàm từ độ của chất thuận từ, có thể khai triển gần đúng trong giới hạn từ trường nhỏ (hoặc nhiệt độ cao):
Khi thì
Do đó, từ độ của chất thuận từ tỉ lệ thuận với từ trường ngoài và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ theo hàm:
* Trong giới hạn từ trường nhỏ
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
* Trong giới hạn từ trường lớn và nhiệt độ thấp
Ở nhiệt độ thấp và từ trường đủ lớn thì chất thuận từ đạt trạng thái bão hòa từ, từ độ sẽ nhận giá trị:
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
1. Tính chất từ của sắt từ:
Sắt từ là các chất có từ tính mạnh dùng để chỉ thuộc tính của các chất sắt từ, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của từ trường ngoài
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
2. Bản chất của tính sắt từ:
a. Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên):
Từ độ:
Khi T > TC và từ trường ngoài nhỏ thì y << 1, lúc đó:
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
2. Bản chất của tính sắt từ:
Do đó:
Giải phương trình này tìm được:
Với (*)
ở đây
Biểu thức (1) chính là định luật Curie – Weiss cho thuận từ.
Như vậy ở vùng nhiệt độ T > TC chất sắt từ trở thành thuận từ.

CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
(1)
2. Bản chất của tính sắt từ:
b. Thuyết lượng tử về tính sắt từ:
Heisenberg và Frenkel là những người đầu tiên đã đưa ra giả thiết rằng bản chất của trường Weiss là tương tác trao đổi giữa các điện tử thuộc nguyên tử cấu thành chất rắn.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
2. Bản chất của tính sắt từ:
Áp dụng hệ thức giữa mômen từ và mômen động lượng ta có thể viết lại
dưới dạng
Gọi Hw là cường độ trường nội tại (trường Weiss), có hướng dọc theo trục z, ta có :
Wi = - Hwµiz
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
2. Bản chất của tính sắt từ:
So sánh
Wi = - Hwµiz
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
2. Bản chất của tính sắt từ:
Mặt khác theo định nghĩa độ từ hóa:
hay
Thế
vào Wi = - Hwµiz
ta có:
Đối chiếu với
suy ra hệ số Weiss:
Từ đây tính được nhiệt độ Curie:
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
a) Sự sắp xếp các mômen từ trong vật liệu phản sắt từ ở T < TN khi không có từ trường ngoài.
b) Sự phụ thuộc nhiệt độ của nghịch đảo độ cảm từ 1/ cuả vật liệu phản sắt từ.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
Vật liệu phản sắt từ cũng giống vật liệu thuận từ ở chỗ nó có từ tính yếu, nhưng khác với vật liệu thuận từ, sự phụ thuộc nhiệt độ của 1/ của nó có một hõm tại nhiệt độ TN gọi là nhiệt độ Néel.
Khi T < TN các spin có trật tự phản song song (gây bởi tương tác phản sắt từ). Khi T > TN sự sắp xếp spin trở nên hỗn loạn,  lại tăng như vật liệu thuận từ.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
Với vật liệu feri từ hai vị trí mạng A và B trong tinh thể có các spin có độ lớn khác nhau sắp xếp phản song song với nhau dẫn đến từ độ tổng cộng khác không cả khi từ trường ngoài bằng không. Từ độ tổng cộng này được gọi là từ độ tự phát. Tồn tại nhiệt độ chuyển pha TC gọi là nhiệt độ Curie. Tại T > TC trật tự từ bị phá vỡ và vật liệu trở thành thuận từ.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
a) Sự sắp xếp các mômen từ trong vật liệu feri từ khi T < TC.
b) Sự phụ thuộc nhiệt độ của từ độ bão hoà IS và nghịch đảo độ cảm từ 1/ cuả vật liệu feri từ.
CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ
BÀI 2
CÁC VẬT LIỆU TỪ ỨNG DỤNG
BÀI 3
Khó bị từ hóa, khó bị khử từ (đó là tính chất "cứng"), tức là có lực kháng từ lớn (trên 102 Oe) nhưng lại thường có từ độ bão hòa thấp và có khả năng giữ từ tính.
CÁC VẬT LIỆU TỪ ỨNG DỤNG
BÀI 3
Nam châm ferrite là các gốm ferrite từ cứng, có phẩm chất không cao nhưng có ưu điểm là chế tạo rất đơn giản, giá thành rất thấp. Còn nam châm Nd-Fe-B tuy phẩm chất rất tốt, nhưng lại có một số nhược điểm:
- Giá thành cao (do chứa nhiều đất hiếm là các nguyên tố đắt tiền)
- Dễ bị ôxi hóa do các nguyên tố đất hiếm có hoạt tính rất mạnh.
- Nhiệt độ Curie thấp (312oC).
CÁC VẬT LIỆU TỪ ỨNG DỤNG
BÀI 3
Vật liệu từ mềm hay vật liệu sắt từ mềm là vật liệu sắt từ, "mềm" về phương diện từ hóa và khử từ, có nghĩa là dễ từ hóa và dễ khử từ.
Đặc tính chủ yếu của loại vật liệu này là có cường độ trường khử từ rất nhỏ, cảm ứng từ dư lớn, độ từ thẩm ban đầu rất cao, có thể lên tới hàng trăm đơn vị, độ tổn hao từ trễ thấp.
Bảng: Tính chất từ cơ bản của vài loại vật liệu từ mềm.
CÁC VẬT LIỆU TỪ ỨNG DỤNG
BÀI 3
Có 2 cách ghi từ dựa vào sự định hướng của các mô men từ:
- Ghi song song (Longitudinal Recording)
- Ghi vuông góc (Perpendicular Recording)
CÁC VẬT LIỆU TỪ ỨNG DỤNG
BÀI 3
Một số vật liệu ghi từ
1. Màng mỏng hợp kim CoCr
2. Màng FePt
CÁC VẬT LIỆU TỪ ỨNG DỤNG
BÀI 3
- Vật liệu từ siêu cao tần
- Vật liệu từ giảo
- Vật liệu spin từ
- Vật liệu từ có cấu trúc nano.
CHƯƠNG I
BÀI 1
BÀI 2
BÀI 3