Bài giảng vật liệu (GV Nguyễn Văn Dũng) - Chương 5: Tính chất từ của vật liệu

Chia sẻ: Vo Tan Tai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

341
lượt xem 69
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điện tử xoay quanh hạt nhân tạo moment từ khá nhỏ. Điện tử quay quanh trục của nó xuất hiện moment từ spin. Tính chất từ của vật liệu phụ thuộc sự sắp xếp của các moment từ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng vật liệu (GV Nguyễn Văn Dũng) - Chương 5: Tính chất từ của vật liệu

LOGO 1
2 ü Điện tử xoay quanh hạt nhân tạo moment từ khá nhỏ (bỏ qua) ü Điện tử quay quanh trục của nó xuất hiện moment từ spin + Điện tử ghép đôi, spin trái dấu nên tự triệt tiêu moment từ của nhau + Điện tử không ghép đôi (electron độc thân) tạo moment từ spin. ü Tính chất từ của vật liệu phụ thuộc sự sắp xếp (chiều hướng) của các moment từ
3 Electron độc thân thường xuất hiện ở các kim loại chuyển tiếp, ở các lớp điện tử d và f. NT hay Ti Ti2+ V V4+ V3+ V2+ Cr Cr3+ Cr2+ Mn Mn3+ Mn2+ ion Electron 2 2 3 1 2 3 5 3 4 5 4 5 độc thân NT hay Fe Fe3+ Fe2+ Co Co3+ Co2+ Ni Ni2+ Cu Cu2+ Zn Zn2+ ion Electron 4 5 4 3 4 3 2 2 0 1 0 0 độc thân
4 Thực tế 3 kim loại Fe, Co, Ni có số điện tử không ghép đôi không giống như lý thuyết do điện tử từ lớp 4s có thể nhảy sang 3d. → Số electron tự do mỗi nguyên tử thay đổi so với lý thuyết Moment từ spin của 1 electron (Bohr magneton) là μB = 9,27.1024 A.m2 → Moment từ mỗi nguyên tử = số electron độc thân x μB
5 Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt sinh ra quanh các điện tích chuyển động hoặc do sự biến thiên của điện trường hoặc có nguồn gốc từ các mômen lưỡng cực từ như nam châm.
6 ü Từ trường H (A/m), được tạo ra bởi cuộn dây dẫn điện có cường độ dòng I, quấn tròn n vòng và dài l là: ü Khi đặc vật liệu có từ tính vào từ trường ngoài H, vật liệu có cảm ứng từ B hay mật độ từ trường B (Tesla) ü B tỉ lệ với H với hệ số tỷ lệ là từ thẩm (độ thẩm từ) μ: B: Tesla (T) hay
7 Trong môi trường chân không, vật liệu có cảm ứng từ Bo và độ thẩm từ μo = 4π.10-7 (H/m) B = μ.H → μr = μ / μo (độ từ thẩm tương đối của chất rắn so với chân không) B = μ.H = μo.(H + M) M (Magnetization): Độ từ hóa của chất rắn (tổng moment từ mỗi đơn vị thể tích) →M= H : từ cảm của vật liệu μ = μo.(1 + )
8 So sánh mật độ từ dưới điều kiện chân không và khi có đặt vật liệu
9 Dựa vào sự sắp xếp khác nhau của các moment từ mà vật liệu có tính chất từ khác nhau !!
10 Vật liệu nghịch từ (diamagnetic): μ < μo → μr < 1 (μr ≈ 5.10-6) → μo → μr > 1 → >0 Vật liệu sắt từ (ferromagnetic): μ μo → μr 1 (μr ≈ 106) → 0 Vật liệu feri từ (ferrimagnetic): 0, nhỏ hơn vật liệu sắt từ Vật liệu phản sắt từ (antiferromagnetic): > 0, nhưng rất nhỏ
11 Là các chất không có mômem từ (nhóm phi từ). Khi đặt vào từ trường ngoài trong các phân tử sẽ xuất hiện dòng điện phụ và tạo ra từ trường phụ ngược chiều từ trường ngoài. Ví dụ: các khí hiếm (He, Ne, Ar, Kr,...), các ion có các lớp electron giống khí hiếm, kim loại (Bi, Zn, Ag, Cu, Pb), H2O, NaCl, SiO2, S, C. et al.
12 ü Thuận từ là những chất có từ tính yếu (nhóm phi từ), các moment từ sắp xếp một cách tự do. ü 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.
13 Sắt từ là các chất có từ tính mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt (Fe). Ví dụ: kim loại chuyển tiếp (Fe, Co, Ni), kim loại đất hiếm (Gd, Nd), etc. Liên quan đến electron độc thân phân lớp 3d và 4f
14 Cấu trúc đa tinh thể Bề mặt Al Bề mặt BaTiO3
15 Vật liệu sắt từ chứa những vùng không gian nhỏ có các moment từ được sắp xếp trật tự (cùng chiều). Các vùng này gọi là domain, giữa các domain là đường ranh giới. Từ tính của vật liệu là tổng từ tính (theo vector) của các domain.
16 ü Khi áp từ trường ngoài H vào VL sắt từ, các domain có khuynh hướng sắp xếp theo hướng từ trường, làm tăng B và M. ü Khi H đủ lớn, tất cả các domain đều sắp xếp theo hướng từ trường ngoài, B và M đạt đến giá trị bão hòa (Bs và Ms).
17 VD: Tính độ từ hóa bão hòa Ms và mật độ từ bão hòa Bs của Niken biết dNi = 8,90 g/cm3. Giải: với Ni
18 Khi từ trường ngoài H thay đổi, các domain có khuynh hướng sắp xếp theo hướng mới. Tuy nhiên, sự sắp xếp này chậm có thể gây nên hiện tượng trễ (hysteresis).
19 ü Khi H đạt đến giá trị 0 một vài domain vẫn còn duy trì sự sắp xếp theo hướng trước đó tạo nên độ từ hóa dư (remanence) Mr ü Khi độ từ hóa bằng 0, từ trường đảo Hc gọi là độ kháng từ (coercivity).
20 ü Vật liệu từ cứng (hard magnetic) là vật liệu sắt từ, khó khử từ và khó từ hóa → nam châm vĩnh cửu ü Vật liệu từ mềm (soft magnetic) là vật liệu sắt từ, "mềm" về phương diện từ hóa và khử từ, có nghĩa là dễ từ hóa và dễ khử từ → nam châm điện ü Tinh thể bị khuyết tật hoặc không tinh khiết có thể làm giảm khả năng di chuyển của các domain. VD: sắt và thép