Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 6: Những tính chất từ của các chất - Đỗ Ngọc Uấn

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 6: Những tính chất từ của các chất - Đỗ Ngọc Uấn

1. Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c−¬ng T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn ViÖn VËt lý kü thuËt Tr−êng §H B¸ch khoa Hμ néi
2. Ch−¬ng 6 nh÷ng tÝnh chÊt tõ cña c¸c chÊt
3. Tính chấttừ thể hiện qua việc hút các vậtliệuFe r Khi nằmtrongtừ trường ngoàiB0 mọi chất đềubị từ hoávàtrongchúngcómột r từ trường phụ riêng hay véc tơ c.− từ B' => Từ trường tổng hợptrongchấtlà: r r r BBB= + ' NghÞch tõ ThuËn tõ r 0 B>B B 0 b b0 nhiÒu
4. 1. Bảnchấtcủatừ tính: Các điệntử quay quanh hạt - + nhân giống như một dòng điện i r tròn và gây ra momenr từ quÜ H PmL ®¹o cña ®iÖn tö PmL TÇn sè Dßng do ev quay cña v i= ef = f = ®iÖn tö ®iÖn tö 2π r 2π r M«men ®éng Momen từ quÜ r r P= i S l−îng:r ®¹o của điệntử mL dt L= rr × mr v ev evr P= iS = πr 2 = L=rmv mL dt 2π r 2
5. HÖ sè tõ c¬: r e PmL e r r r = − PmL= − L L 2 m 2 m •Cácđiệntử có spin vớisố lượng tử spin m ↑ hoặcm↓ các momen spin r e r s s P = − S tạoracácmomen từ spin quÜ ®¹o: mS m m ↑ - ms ↑ - s + + - H ms ↓ He C¬ häc l−îng tö cho thÊy: L = ( + 1) . M«men ®éng l−îng l l h M«men Spin S= s(s + h 1) .
6. h = H»ngsèPlanck h 2π Tổng hợp các momen từ cña ®iÖn tö r thành m«men từ của nguyên tử thø i Pami r P VÐct¬tõho¸= m«men r ∑ ami J J = ΔV tõ cña ®¬n vÞ thÓ tÝch ΔV r r r → VÐct¬tõho¸tổng c ộ ng J=LS J + J Dẫn đến tính chấttừ củacácchất D−íi t¸c dông cña r r r χm r J= χm H J= B0 tõ tr−êng ngoμi μ0 χm §é tõ ho¸
7. 2. Nghịch từ: χm <0 Khi trong từ trường các điệntử có phản ứng như hạt tích điện chuyển động trong từ trường và có thêm phầnchuyển động tuế sai eB Vậntốc góc Lamor ω = 0 L 2 m của điệntử chống lạitừ trường ngoàie (Nh− §L Lenz) dẫn đến tính chất nghịch từ củacácchất. Phần dòng tương ứng dòng PmL cảm ứng của nguyên tử - 2 1 e ZB0 ΔI = ( − eZL ) ω= − 2π 4π me
8. Momen từ cảm ứng nguyên tử 2 2 2 e ZB0 2 e ZB0 2 = ΔPI.SI.mCU = Δdt πρ = − ρ =r − 4 me 6 me = = = hoá của ρ = 2 + y =2 r ệu μ0J Trong đóJ m«men tõ một χm = đơnvị thể tích mẫu. B0 Nếumomentừ quĩđạo spin bằng không ( Trong trường hợp sốđiệntử luôn chẵn nh− tinh thể khí trơ He) thì n e2 Z χ = −0 μ 0 < m 6 m 0 Đây là nghịch từ lý tưởng. e
9. 3. Thuậntừ: Khi đặt trong từ trường ngoài, monen từ của mạch điệnvàtừ trường tương tác với nhau, năng lượng tương tác bằng: r r WP.Bm= −m VÐct¬tõho¸của nguyên tử r r r e P Pma=mL P + ;mS = ma − P μBB m μ ; =h 2 me B0=0, do tác động của nhiệt độ các momen từ nguyên tử có định hướng hỗnloạnvàtổng của chúng bằng 0. B0≠ 0, các mô men từ nguyên tử tương tác với từ trường ngoài như các mô men từ củacác dòng điện, tổng hợp các mô men từ khác không.
10. B0=0 B0≠ 0 Năng lượng tương tác: Trong từ trường các momen từ nguyên tử có 2 mứcnăng lượng ε = ±μ B B. Phân bố của chúng tuân theo hàm phân bố Boltzmann ở nhiệt độ T, Các hạt có momen từ thuậntheotừ trường: n n= exp(0 μBB . B k T ) Trong trường( hợp .μ BBB k T<< ) 1 n n≈ (0μ . B B B k T )
11. J J C χ =n =2 μ k Hay T = m B 0 B B B T Trong đóC làhằng số Curie. Đây là định luậtCurie: Độ từ hoá tỷ lệ nghị với nhiệt độ tuyệt đối. 4. Tõ tr−êng tæng hîp trong chÊt nghÞch tõ vμ thuËn tõ PhÇn ®ãng gãp do c¸c m«men quay r r B'J= μ0 theo tõ tr−êng ngoμi: cïng chiÒu víi Pm r r r r r Tõ tr−êng tængBBB'BJ hîp= + = + μ χ 0 0 0 rm r r r r JB= 0 BBB=0 + m χ 0 μ0
12. r r r B= ( 1 + χm ) 0B =0 μ( B 1+ χm = ) μ r r BH= μ0 μ μ -§étõthÈmtû®èi VÐc t¬ c¶m øng tõ tæng hîp trong c¸c vËt liÖu thuËn tõ vμ nghÞch tõ tû lÖ víi vÐc t¬ c¶m øng tõ B0 trong ch©n kh«ng vμ b»ng μ lÇn B0 6 6 thuËn tõ χm.10 nghÞch tõ -χm.10 Nit¬ 0,013 Heli 0,063 oxy 1,9 N−íc 9,0 £bonit 14 Th¹ch anh 15,1 Nh«m 23 Bismut 176 Platin 360
13. |χm| 1, NghÞch tõ μ 0 nh− thuËn tõ, §é tõ ho¸ lín (gÊp tr¨m lÇn thuËn tõ) J • Tõ ®é J kh«ng tû lÖ thuËn víi H vÐc t¬ c−êng ®é tõ tr−êng H B • Phô thuéc c¶m øng tõ B vμo c−êng®étõtr−êng H: Kh«ng H cã ®o¹n n»m ngang B=μ0(H+J); J->const,H↑,B↑
14. G Chu tr×nh tõ trÔ Bd N2 N1 K • Mäi chÊt s¾t tõ cã tÝnh tõ d−: H=0, Bd≠0 BS C¶m øng tõ b·o hoμ, HC Lùc khö tõ, tõ d− Bd , μmax lμ c¸c ®¹i l−îng ®Æc tr−ng c¬ b¶n
15. • §é tõ thÈm tû ®èi μ phô μ μmax thuéc vμo H phøc t¹p H B (HJ)μ + J μ = = 0 =1 + →1 μ0H μ0H H C¸c ®Æc tr−ng cña s¾t tõ S¾t tõ cøng BC= μ0HC C¦ tõ d− Bd Tr−êng khö tõ -3 FeO,Fe2O3 5.10 T 0,6T ThÐp 1%C 4÷6.10-3T 0,9÷0,7T S¾t tõ cøng: HC lín
16. S¾t tõ mÒm BC= μ0HC C¦ tõ d− Bd μmax Fe tinh khiÕt 2,5.10-5T 0,2T 280000 Fe+4%Si 3,5.10-5T 0,5T 15000 78%Ni+22%Fe 6.10-6T 0,5T 80000 χm •NhiÖt®éCuri ThuËn tõ 0 ChÊt TC ( C) Fe 770 T S¾t tõ T Co 1127 χm Ni 357 Tecbi -43 S¾t tõ T> T => ThuËn tõ C TC T S¾t tõ mÒm: HC nhá, chu tr×nh tõ trÔ hÑp
17. •Tõgi¶o: Khi cã tõ tr−êng ngoμi t¸c dông ->S¾t tõ biÕn d¹ng: εbd ~ H ->øng dông tõ gi¶o ®Ó Ph¸t siªu ©m c«ng suÊt lín: Cho dßng ®iÖn xoay chiÒu trªn 20000Hz ch¹y trong cuén d©y tõ ho¸ s¾t tõ. ~ BiÕn d¹ng xoay chiÒu kÝch ®éng f>20000Hz sãng siªu ©m. • Ferrit tõ: CÊu t¹o tõ c¸c oxýt s¾t tõ Fe2O3, Fe3O4, MnO Cã tÝnh chÊt nh− s¾t tõ, ®iÖn trë suÊt cao ->Tæn hao Ýt, dïng trong c¸c biÕn ¸p cao tÇn, Lâi ¨ng ten
18. MiÒn tõ V¸ch miÒn B0 B Quay m«men tõ ®é DÞch chuyÓn v¸ch miÒn kh«ng thuËn nghÞch DÞch chuyÓn v¸ch miÒn thuËn nghÞch H
19. MiÒn tõ, c¬ chÕ tõ ho¸ V¸ch miÒn