Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất từ của vật liệu - Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh
CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU
ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh
5/2016
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Một dây dẫn thẳng dài có bán kính R = 1,5mm.
• Dòng điện qua dây có giá trị không đổi i = 32A.
• Tính từ trường ở bề mặt dây.
• Tính từ trường ở vị trí cách dây 1,2mm.
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Từ trường ở bề mặt sợi dây:
0i
B
r
2R2
4107 32
B
4,27103 T 4,27mT
2 1,5103
• Từ trường ở vị trí r = 1,2mm:
0i
B
r
2R2
4107 32 1,2103
3,41103 T 3,41mT
B
2
2 1,5103
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Tính lực trên một đơn vị diện tích (kN/m2) của một
nam châm vĩnh cữu.
• Biết độ từ hóa bão hòa μ0M = 1,61T.
• Biết độ từ thẩm trong chân không μ0 = 4πx10-7H/m.
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Lực từ:
0M2A
F
2
Trong đó:
• F: lực từ (N).
• μ0: độ từ thẩm trong chân không (H/m).
• M: độ từ hóa (tổng momen từ trên một đơn vị thể
tích), là đại lượng vector (A/m).
• A: tiết diện (m2).
m
M lim
V0
V
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Lực từ do nam châm vĩnh cữu tạo ra:
0M2A
F
2
• Ta có thể viết lại phương trình trên:
0M2A
F
2
2
M A
0
F
20
2
1,612
2 4107
M
F
0
1031,4kN/m2
A 20
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Tính tổng momen từ trên một đơn vị thể tích của vật
liệu magnetite.
• Tính mật độ dòng bão hòa.
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
Magneton Bohr (μB): đơn vị của momen từ.
e
B
2me
Trong đó:
• e: điện tích nguyên tố
• ћ: hằng số Planck rút gọn
• me: khối lượng nghỉ của electron
1B 9,2741024 J / T Am2
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
Lỗ trống
bát diện
Từ trường
8,37Å
Fe3+
Fe2+
Fe3+
Lỗ trống
tứ diện
O2-
Fe2+
Fe3+
Fe2+ (4 magneton Bohr)
Fe3+ (5 magneton Bohr)
Cấu trúc magnetite Fe3O4.
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Tổng momen từ từ mỗi Fe2+ là 4 magneton Bohr.
• Các momen từ từ 2 Fe3+ tại các vị trí tứ diện và bát diện
triệt tiêu nhau.
• Một ô tổng gồm 8 ô con. Do đó, tổng momen từ là 32
magneton Bohr/ô.
• Thể tích ô cơ sở:
3
V a3 8,37108 5,861022 cm3
• Số momen từ/đơn vị thể tích:
32magneton / oâ
5,461022 magneton / cm3
5,861022 cm3 / oâ
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
32magneton / oâ
5,461022 magneton / cm3
5,861022 cm3 / oâ
5,461022 magneton / cm3 9,2741024 Am2 / magneton
0,51Am2 / cm2 5,1105 A / m
• Từ trường ở trạng thái bão hòa:
B M 4107 5,1105 0,64T
sat
0
sat
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Chế tạo một cuộn solenoid có độ từ cảm 2000 gauss.
• Dòng điện 10mA đi qua cuộn dây.
• Cuộn dây dài 1cm được quấn thành 10 vòng.
• Chọn lựa vật liệu thích hợp dựa vào độ từ thẩm tương
đối.
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Cường độ từ trường tạo bởi cuộn dây:
10 10103
10A / m
nI
H
l
10102
• Độ từ thẩm:
B 2000
H 0,126
15873gauss / oersted
• Vật liệu cần có độ từ thẩm tương đối đạt tối thiểu:
15873
r
0
15873
1
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Đặt một chất thuận từ mà nguyên tử của nó có lưỡng
cực từ nội tại bằng 1x10-23J/T trong một từ trường
0,5T.
• Xác định nhiệt độ mà tại đó động năng tịnh tiến trung
bình của nguyên tử khí đó bằng năng lượng cần thiết
để đổi chiều lưỡng cực trong từ trường này.
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Năng lượng của lưỡng cực từ µ trong từ trường B:
W µB
• Đổi chiều của lưỡng cực từ, năng lượng khi đó bằng:
W' µB
• Năng lượng cần để đổi chiều lưỡng cực:
W W W' B B 2B
• Động năng tịnh tiến trung bình của một nguyên tử:
3
U kT
2
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Động năng tịnh tiến trung bình bằng năng lượng cần
thiết để đổi chiều lưỡng cực.
• Suy ra: ∆W = U
3
2B kT
2
41023 0,5
4B
T
0,483K
3 1,381023
3k
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
HIỆU ỨNG SẮT TỪ
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Sắt và một số nguyên tố khác hay hợp kim của các
nguyên tố này tồn tại một tương tác đặc biệt gọi là liên
kết trao đổi.
• Liên kết này đóng vai trò sắp xếp các lưỡng cực của
nguyên tử song song vững chắc, bất chấp xu hướng
hỗn loạn của chuyển động nhiệt.
• Hiện tượng này gọi là hiệu ứng sắt từ.
• Đây là hiệu ứng lượng tử, không thể giải thích bằng vật
lý cổ điển.
TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU
• Nếu nhiệt độ một vật liệu sắt từ vượt quá một giá trị
nào đó gọi là nhiệt độ Curie, liên kết trao đổi mất hiệu
lực.
• Ví dụ: sắt có nhiệt độ Curie bằng 1043K (770oC).
• Đa số vật liệu khi đó trở thành chất thuận từ.
Tải về để xem bản đầy đủ
22 trang
21900
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất từ của vật liệu - Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_tap_co_so_khoa_hoc_vat_lieu_tinh_chat_tu_cua_vat_lieu_ng.pdf
