BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG - CHƯƠNG 6 NHỮNG TÍNH CHẤT TỪ CỦA CÁC CHẤT docx

Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Trờng ĐH Bách khoa H nội
Ch−¬ng 6
nh÷ng tÝnh chÊt tõ cña c¸c chÊt
Khi nằmtrongtừ trường ngoài mọi
chất đềubị từ hoávàtrongchúngcómột
từ trường phụ riêng hay véc tơ c.− từ
0
B
r
'
B
r
Tính chấttừ thể hiện qua việc hút các vậtliệuFe
=> Từ trường tổng hợptrongchấtlà:
'
0
BBB
r
r
r
+=
ThuËn tõ
B>B
0
'
0
BB
r

r
↑↑
NghÞch tõ
b<b
0
'
0
BB
r
r
↑↓
'
B
r
'
B
r
B
r
B
r
0
B
r
'
B
r
B
r
S¾t tõ B>b

0
nhiÒu
1. Bảnchấtcủatừ tính:
Các điệntử quay quanh hạt
nhân giống như một dòng điện
tròn và gây ra momen từ
quÜ
®¹o cña ®iÖn tö
mL
P
r
TÇn sè
quay cña
®iÖn tö
r2
v
f
π
=
Dßng do
®iÖn tö
r2
ev
efi
π
==
+
H
mL
P

r
-
i
dtmL
SiP
r
r
=
M«men ®éng
l−îng:
vmrL
Momen từ quÜ
®¹o
của điệntử
r
r
r
×=
2
evr
r
r2
ev
iSP
2
dtmL
=π
π
==
L=rmv

HÖ sè tõ c¬:
m2
e
L
P
mL
−=
r
r
L
m2
e
P
mL
r
r
−=
•Cácđiệntử có spin vớisố lượng tử
spin m
s
↑ hoặcm
s
↓ các momen spin
tạoracácmomen từ spin quÜ ®¹o:
S
m
e
P
mS
r

r
−=
+
-
↑
s
m
-
↓
s
m
He
+
-
↑
s
m
H
h.1)s(sS +=
hll .1)(L +=
C¬ häc l−îng tö cho thÊy:
M«men ®éng l−îng
M«men Spin
Dẫn đến tính chấttừ củacácchất
SL
JJJ
r
r
r
+=

VÐct¬tõho¸tổng cộng
VÐct¬tõho¸= m«men
tõ cña ®¬n vÞ thÓ tÝch
V
P
J
V
ami
Δ
=
∑
Δ
r
r
D−íi t¸c dông cña
tõ tr−êng ngoμi
HJ
m
r
r
χ=
0
0
m
BJ
r
r
μ
χ
=

χ
m
§é tõ ho¸
Tổng hợp các momen từ cña ®iÖn tö
thành m«men từ của nguyên tử thø i
ami
P
r
→
π
=
2
h
h
H»ngsèPlanck
của điệntử chống lạitừ trường ngoài (Nh− §L
Lenz) dẫn đến tính chất nghịch từ củacácchất.
e
0
L
m2
eB
=ω
Vậntốc góc Lamor
2. Nghịch từ:
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
χ
m

<0
Phần dòng tương ứng dòng
cảm ứng của nguyên tử
e
0
2
L
m4
ZBe
2
1
)eZ(I
π
−=
π
ω−=Δ
-
P
mL
><−=ρ−=πρΔ=Δ=
2
e
0
2
2
e
0
2
2
dtmCU

r
m6
ZBe
m4
ZBe
.IS.IP
3/r2yx
2222
><>=<+>=<ρ
3/rzyx
2222
>>=<>=<>=<<
Nếumomentừ quĩđạo spin bằng không ( Trong
trường hợp sốđiệntử luôn chẵn nh− tinh thể khí
trơ He) thì
Độ từ hoá của
vậtliệu
Momen từ cảm ứng nguyên tử
0
0
m
B
J
μ
=χ
Trong đóJ m«men tõ một
đơnvị thể tích mẫu.
Đây là nghịch từ lý tưởng.
0r
m6

Zen
0
2
e
2
0
m
<μ><−=χ
Khi đặt trong từ trường ngoài, monen từ của
mạch điệnvàtừ trường tương tác với nhau,
năng lượng tương tác bằng:
B.PW
mm
r
r
−=
VÐct¬tõho¸của nguyên tử
h
r
r
r
e
BBmamSmLma
m2
e
;mP ;PP P =μμ−=+=
B
0
=0, do tác động của nhiệt độ các momen từ
nguyên tử có định hướng hỗnloạnvàtổng của

chúng bằng 0.
B
0
≠ 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.
3. Thuậntừ:
Năng lượng tương tác: Trong từ trường các
momen từ nguyên tử có 2 mứcnăng lượng
B.
B
μ
±
=
ε
B
0
=0
B
0
≠ 0
Phân bố của chúng tuân theo hàm phân bố
Boltzmann ở nhiệt độ T, Các hạt có momen từ
thuậntheotừ trường:
)TkB.exp(nn
BB0
μ
=
Trong trường hợp
1)TkB.(

BB
<
<
μ
)TkB.(nn
BB0
μ
≈
T
C
B
J
Tkn
B
J
B
2
B0m
=== Hay
Trong úC lhng s Curie.
õy l nh lutCurie: t hoỏ t l ngh vi
nhit tuyt i.
4. Từ trờng tổng hợp trong chất nghịch từ v
thuận từ
Phần đóng góp do các mômen quay
theo từ trờng ngoi: cùng chiều với P
m
J'B
0
r

r
=
JB'BBB
000
r
r
r
r
r
+=+=
Từ trờng tổng hợp
0
0
m
BJ
rr


=
0m0
BBB
r
r
r
+=
00m
BB)1(B
r
r
r

=+=

=

+
)1(
m
HB
0
r
r
=
-Độtừthẩmtỷđối
Véc tơ cảm ứng từ tổng hợp trong các vật liệu
thuận từ v nghịch từ tỷ lệ với véc tơ cảm ứng
từ B
0
trong chân không v bằng

lần B
0
thuận từ
m
.10
6
nghịch từ -
m
.10
6
Nitơ 0,013 Heli 0,063

oxy 1,9 Nớc 9,0
Êbonit 14 Thạch anh 15,1
Nhôm 23 Bismut 176
Platin 360
|
m
| << 1 nên đối với các chất thuận từ v nghịch
từ =1+
m
1;
Thuận từ > 1, Nghịch từ <1
5. Sắt từ
Tính chất sắt từ:
m
>0 nh thuận từ, Độ từ hoá
lớn (gấp trăm lần thuận từ)
Từ độ J không tỷ lệ thuận với
véc tơ cờng độ từ trờng H
Phụ thuộc cảm ứng từ B vo
cờngđộtừtrờng H: Không
có đoạn nằm ngang
H
B
B=
0
(H+J); J->const,H,B
H
J
K
G

N
1
N
2
B
S
Cảm ứng từ bão ho, H
C
Lực khử từ, từ d B
d
,
max
l các đại lợng đặc trng cơ bản
Chu trình
từ trễ
Mọi chất sắt từ có tính
từ d: H=0, B
d
0
B
d
Độ từ thẩm tỷ đối phụ
thuộc vo H phức tạp
1
H
J
1
H
)JH(
H

B
0
0
0
+=

+

=

=

H

max
Các đặc trng của sắt từ
Sắt từ cứng B
C
=
0
H
C
CƯ từ d B
d
Trờng khử từ
FeO,Fe
2
O
3
5.10

-3
T 0,6T
Thép 1%C 4ữ6.10
-3
T 0,9ữ0,7T
Sắt từ cứng: H
C
lớn
S¾t tõ mÒm B
C
= μ
0
H
C
C¦ tõ d− B
d
μ
max
Fe tinh khiÕt 2,5.10
-5
T 0,2T 280000
Fe+4%Si 3,5.10
-5
T 0,5T 15000
78%Ni+22%Fe 6.10
-6
T 0,5T 80000
ChÊt T
C
(

0
C)
Fe 770
Co 1127
Ni 357
Tecbi -43
•NhiÖt®éCuri
T> T
C
=> ThuËn tõ
S¾t tõ mÒm: H
C
nhá, chu tr×nh tõ trÔ hÑp
T
C
T
χ
m
T
χ
m
S¾t tõ
ThuËn tõ
T<T
C
=> S¾t tõ
->ứng dụng từ giảo để Phát siêu
âm công suất lớn: Cho dòng điện
xoay chiều trên 20000Hz chạy
trong cuộn dây từ hoá sắt từ.

Biến dạng xoay chiều kích động
sóng siêu âm.
Ferrit từ: Cấu tạo từ các oxýt sắt từ Fe
2
O
3
,
Fe
3
O
4
, MnO Có tính chất nh sắt từ, điện trở
suất cao
->Tổn hao ít, dùng trong các biến áp cao tần, Lõi
ăng ten
Từgiảo: Khi có từ trờng ngoi tác dụng ->Sắt
từ biến dạng:
bd
~ H
~
f>20000H
z
B
0
B
H
DÞch chuyÓn v¸ch miÒn thuËn nghÞch
DÞch chuyÓn v¸ch miÒn kh«ng thuËn nghÞch
Quay m«men tõ ®é
MiÒn tõ V¸ch miÒn

MiÒn tõ, c¬ chÕ tõ ho¸
V¸ch miÒn