BÁO CÁO THÍ NGHIỆM: TÍNH CHẤT QUANG, ĐIỆN, TỪ CỦA VẬT LIỆU ( PHẦN TỪ)

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM:
TÍNH CHẤT QUANG, ĐIỆN, TỪ CỦA VẬT LIỆU ( PHẦN TỪ)
MÃ LỚP: 712821
Nhóm sinh viên:
Đỗ Đức Anh-20196015

I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Các q trình từ hóa
1.1. Đường cong từ hóa
Một mẫu sắt từ hay ferit lý tưởng, khơng bị ứng suất tác dụng, các đomen định
hướng theo trục từ hóa dễ và khép kín mạch từ; dưới tác dụng của từ trường
ngoài (H) momen từ của mẫu tăng khi tăng H và đạt đến giá trị bão hòa từ ta có
đường cong từ hóa ban đầu của mẫu (hình 2.1).
Phân tích đường cong M(H), có thể phân chia thành ba giai đoạn q trình từ hóa
mẫu sắt từ.
Giai đoạn 1: dịch chuyển vách đomen (thuận nghịch và không thuận nghịch)
tương ứng với đường OB trên đồ thị 2.1.

Hình 2.1. Đường cong từ hóa ban đầu của sắt từ.


Giai đoạn 2: các momen từ quay theo hướng từ trường ngồi, đoạn BC.
Giai đoạn 3: q trình thuận, sự tăng momen từ sau khi đạt giá trị bão hòa (H > Hs).
Thực tế, q trình từ hóa của vật liệu từ chủ yếu do hai quá trình đầu (dịch
chuyển và quay). Độ cảm từ vi phân của mẫu là:


dI  dI   dI 

 
 C   R

dH  dH  C  dH  R

(2.2)

Với χC và χR là độ cảm từ trên một đơn vị thể tích của q trình dịch chuyển và
quay tương ứng.
Việc phân chia q trình từ hóa trên có tính chất mặc định vì nhiều khi quá trình
dịch chuyển vách chưa kết thúc, quá trình quay đã bắt đầu. Nghĩa là, các q trình
từ hóa có tính chất phủ nhau, độ phủ nhau tùy thuộc vào tính chất vật liệu.
1.2. Hiện tượng từ trễ
Ở trạng thái ban đầu, khi chưa có từ trường ngoài tác dụng, các momen từ trong
vật liệu được phân bố đều theo các phương từ hóa dễ, các mạch từ giữa các
đomen được khép kín. Nghĩa là, năng lượng của vật mẫu ở trạng thái cực tiểu và
tổng momen từ vật liệu bằng không.
Dưới tác dụng của từ trường ngoài (hoặc ứng suất), vật liệu từ bị từ hóa. Ta đã
xem xét phần A, hiện tượng từ trễ xuất hiện do q trình dịch chuyển vách khơng
thuận nghịch (hình 2.1) và quay momen từ khơng thuận nghịch (hình 2.2).
Do vậy, momen từ (M) của mẫu từ tính phụ thuộc phi tuyến vào từ trường ngồi
tác dụng. Hình 2.2 trình bày một số dạng đường trễ từ của momen từ vào từ
trường ngồi.

Hình 2.2. a) đường từ trễ toàn phần b), c) các đường từ trễ riêng phần.


Khi từ hóa mẫu từ tính ở từ trường ngồi với cường độ H > Hs, mẫu đạt giá trị bão
hịa từ kỹ thuật (Ms). Sau đó giảm từ trường về khơng, ta có giá trị momen từ dư
(Mr), tiếp tục tăng từ trường về phía ngược lại, M bằng khơng tại H = Hc. Đó là lực
kháng từ M H c . Tiếp tục tăng từ trường (theo hướng ngược lại) và tăng theo chiều
ban đầu, ta thu được đường trễ khép kín tồn phần (2.2 a). Ngồi ra, cịn có các
đường trễ riêng phần (hình 2.2 b, c) khi ta đảo từ ở một giá trị H < Hs. Hiện tượng

momen từ thay đổi không đồng bộ với từ trường ngoài tác dụng gọi là hiện tượng
từ trễ. Hiện tượng từ trễ có liên quan tới các quá trình từ hóa khơng thuận nghịch
của vật liệu. Kondorski (1940) đã đưa ra nguyên nhân của hiện tượng từ trễ là:
– Từ trễ do việc ngăn cản sự dịch chuyển các vách đomen,
– Từ trễ do việc giữ sự phát triển các mầm đảo từ,
– Từ trễ do các quá trình từ quay các momen từ khơng thuận nghịch.
2. Phương pháp thực nghiệm
Các phương pháp cảm ứng dựa trên định luật Faraday để đo các tính chất từ của
vật liệu. Nguyên nhân sinh ra suất điện động cảm ứng trong các cuộn dây cảm
ứng là do sự dịch chuyển tương đối của mẫu so với các cuộn dây này hoặc ngược
lại (sự dịch chuyển này gây ra sự biến thiên từ thông qua các cuộn dây), và suất
điện động cảm ứng này bằng tốc độ biến thiên từ thông qua các cuộn:
V =−N

dφφ
dφt

(V: induction electromotive force (e.m.f): suất điện động cảm ứng)
Nếu A là tiết diện cuộn dây và N là số vịng dây thì ta có:
B=

φ
A

Trong khơng gian, B=μ0 . H và do vậy:

V =−N . A

V =−μ 0 . N . A

Nếu vòng dây được quấn xung quanh một lõi có độ từ thẩm  thì:
dφH
B=μ .μ 0 . H và V =−μ . μ0 . N . A dφt

II.THỰC NGHIỆM
a) Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

dφB
dφt
dφH
dφt

với


- Hệ đo từ kế tích phân Viện ITIMS
- Đo mẫu Ni nguyên chất, hình cầu
- Khối lượng mẫu m= 0.1558 g
b) Trình tự thí nghiệm
- Gắn mẫu đo vào cần đo mẫu
- Chuẩn khoảng cách mẫu giữa hai cuộn pick-up (cuộn cảm ứng lấy tín hiệu)
- Bật hệ nước làm cho nam châm điện và nguồn dịng ni nam châm điện.
- Bật hệ máy nén khí để di chuyển mẫu đo
- Bật máy tính ghép nối với hệ đo để thu thập số liệu
- Bật nguồn cho Multimeter thu thập số liệu
- Mở phần mềm đo trong máy tính
- Tạo thư mực lưu số liệu cần đo
- Chạy chương trình thu thập số liệu kết hợp với cấp dịng cho nam châm điện
- Thực hiện đo: Ứng với một giá trị đặt (đặt dòng tạo từ trường), tiến hành giật
mẫu nhiều lần (4 đến 5 lần – tương ứng là 4 đến 5 kết quả) rồi lấy trung bình các

kết quả đó được một giá trị đo.
- Sau mỗi lần đo, các thông số nhận được đưa vào phần mềm Origin để vẽ lại
dạng xung điện áp

0.0004

U (mV)

0.0002

0.0000

-0.0002

-0.0004

-0.0006
10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

t (ms)

Dạng tín hiệu điện áp đo được vẽ lại bằng phần mềm Origin


Dựa vào bảng thông số và đồ thị xung, lựa chọn lấy 3 đến 5 xung tương đối giống
nhau (giá trị đỉnh). Làm khớp từng xung theo hàm Gauss ta nhận được các thơng
số của hàm khớp này trong đó có giá trị tích phân của xung dữ liệu (đường mầu
đỏ so với đường màu đen trên hình dưới
0.00040
0.00035
0.00040

0.00030
0.00035
0.00030

0.00020

0.00025

0.00015

0.00020

U (mV)

U (mV)

0.00025

0.00010

0.00015
0.00010

0.00005

0.00005

0.00000
0.00000

-0.00005
14400 14600 14800 15000 15200 15400 15600 15800 16000 16200 16400 16600

t (ms)

-0.00005
14400 14600 14800 15000 15200 15400 15600 15800 16000 16200 16400 16600

t (ms)

Sau khi tiến hành xử lý số liệu ta vẽ nối các điểm đã xử lý lại sẽ có đường cong từ
độ của vật liệu cần đo.

III.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1.Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của từ trường vào dòng điện

Nhận xét:


-Từ đồ thị ta thấy sự phụ thuộc của từ trường H vào dịng điện I là tuyến tính
-Biểu thức tính: H = I x 400 (oe)

400:số vịng dây

Bảng giá trị:
I(A)
H(Oe
)

1
400

2
800

3
120
0

4
160
0

5
200
0

7
280
0

9
360
0

11
4400

13
5200

15
6000

17
6800

2.Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của momen từ vào từ trường

M là đường cong từ hóa ban đầu của mẫu Ni

Nhận xét:

19
7600

21
840
0

24
9600


-Từ đồ thị ta có thể biết được giá trị momen từ bão hòa khoảng 49.95(emu/g) và
điểm bắt đầu bão hịa có giá trị khoảng 2863.14(Oe)
-mNi=0,1558 (g)
-Quy trình xử lý
+Bước1:Vẽ xung của từng giá trị I(bảng 1)
+Bước2:Fitting.Sau khi fitting xong phần mềm sẽ cho ra các bảng tương ứng với
từng giá trị I
+Bước3:Lấy các giá trị A (diện tích của từng xung) trong bảng rồi tính trung bình
cộng của 4 giá trị đó
+Bước4:Tính momen từ
M=

Atrung bình X hệ số máy
(emu/g)
mNi

Hệ số máy=21.19

+Bước5:Lặp lại các bước để tính momen từ
+Bước6:Vẽ đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của momen từ vào từ trường