CHUYÊN ĐỀ THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG

1










CHUYÊN ĐỀ
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG














2
Chuyên đề 1: PHÉP ĐO ĐỘ DÀI. THƯỚC KẸP, PANME
I. Mục tiêu
Nắm vững cấu tạo và sử dụng thành thạo một số dụng cụ đo thường gặp:

thước kẹp, panme…
Hiểu được nguyên tắc nâng cao độ chính xác trong một số dụng cụ đo độ
dài.
II.Tóm tắt lý thuyết
1. Thước kẹp có du xích
Thước kẹp gồm một thước
chính được chia đều tới mm và một
thước phụ có thể trượt dọc trên thước
chính gọi là du xích.
Khi n vạch trên du xích có độ
dài bằng
1
n
−
vạch trên thước chính.
Khi đó ta có:
(
)
1 . .
n a n b
− =

a: Giá trị một đơn vị độ dài trên thước chính.
b: Giá trị một đơn vị độ dài trên du xích.
Độ chính xác của thước kẹp:
a
a b
n
δ
= − =

Cách đọc thước kẹp: Khi hai hàm A và hàm B khít nhau thì vạch 0 của
thước chính trùng với vạch 0 của du xích.
Nếu ta kẹp mẫu đo vào giữa hai
hàm A và hàm B thì chiều dày của mẫu
chính bằng khoảng cách giữa hai vạch 0
của thước chính và du xích.
Giả sử vạch số 0 trên thước chạy
trùng vượt quá vạch thứ m trên thước
chính, và vạch thứ k của thước chạy
trùng với một vạch nào đó trên thước chính thì chiều dày của mẫu sẽ là:
. . . .
k
L m a k m a a
n
δ
= + = +

Hình 2. Cách đọc thước kẹp
Hình 1. Thước kẹp có du xích
3
Ví dụ: Đơn vị độ dài trên thước chính là a = 1mm. Du xích được chia làm
100 vạch, vạch số 0 vượt quá vạch 6 trên thước chính, vạch số 75 trùng với 1
vạch nào đó trên thước chính thì độ dày của mẫu:
( ) ( )
75
6.1 .1
100
6 0,75 6,75
L mm mm

mm mm mm
= +
= + =

2. Panme
Panme là dụng cụ cho phép đo độ dài chính xác tới 0,01mm. Du xích trên
Panme là một trụ tròn rỗng có khắc
thước vòng, có thể dịch chuyển tịnh
tiến theo thước chính một đoạn a.
Nếu trên thước vòng có khắc n
khoảng thì khi quay trụ một khoảng
thì nó tịnh tiến một đoạn:
( )
a
mm
n
δ
=
đây chính là độ
chính xác của panme.
Cách đo: Muốn đo độ dài một vật, ta đặt nó
giữa hai má của thước rồi xoay trống cho đến khi hai
má áp chặt vật. Giả sử vạch thứ k trên thước vòng
trùng với đường kẻ thẳng trục của thước, cạnh của
thước vòng vượt quá vạch thứ m trên thước chính.
Độ dày của vật được đọc như sau:
. . . .
k
L m a k m a a
n

δ
= + = +

3. Cầu kế. Đo độ dày bản mỏng và bán kính của
mặt cầu bằng cầu kế
Cầu kế có độ chính xác cao tới 0,005 ÷
0,001mm chủ yếu được sử dụng để đo độ dày của
bản mỏng và bán kính cong của các mặt cầu.
Cầu kế gồm có 3 chân cố định và một đĩa
tròn gắn chặt với ốc động nằm thẳng đứng giữa 3
chân cố định. Thước thẳng được gắn thẳng đứng
trên giá của ba chân có chia tới nửa mm. Vị trí số
Hình 3. Cấu tạo của một panme
A: Đầu cố định, B: Ốc vi cấp (đầu dịch chuyển)
M: Trống, N: Mũ quay
M
Hình 4. Cách đọc panme
Hình 5. Cầu kế
4
0 của thước được để ở giữa để tiện đo cả bán kính mắt cầu lồi và lõm. Trên đĩa
tròn có khắc các vạch thước vòng (n vạch). Mũ quay để điều chỉnh tiếp xúc làm
nâng cao độ chính xác khi đo.
Độ chính xác của cầu kế:
( )
a
mm
n
δ
=

Cách đo:
- Đo bề dày bản mỏng: Đặt bản mỏng dưới ốc động, không để 3 chân tĩnh
tì lên bản mỏng. Đọc trị số giống như cách đọc của panme.
- Đo bán kính cong của mặt cầu: Đặt cầu kế lên trên mặt cầu cần đo sao
cho 3 chân tĩnh và chân động đều tiếp xúc với mặt cầu. Mặt phẳng đi qua 3 điểm
mũi nhọn của chân cầu kế cắt mặt cầu theo một
chỏm cầu. Ta có:
( )
2
2 2
r R R h
= − −
suy ra
2
2 2
r h
R
h
= +

R: Bán kính mặt cầu
r: Bán kính đáy chỏm cầu
h: Độ cao chỏm cầu

- Để xác định r, ta lấy vết 4 chân cầu kế trên
một tờ giấy trắng, đo khoảng cách từ chân động tới
3 chân kia rồi lấy giá trị trung bình:
( )
1 2 3
1

3
r r r r
= + +

Giá trị của h được đọc trên cầu kế.

III. Thực hành
1.Thước kẹp
- Đo độ dày bản nhựa
- Đo đường kính trong, ngoài, chiều cao hình trụ bị khoét rỗng rồi tính thể
tích hình trụ đó.
Kết quả:
- Độ chính xác của thước kẹp:

δ
=

- Vị trí 0 của thước kẹp: ……
Hình 6. Đo bán kính cong
của mặt cầu
5


Vật hình trụ rỗng
Lần TN Độ dày bản nhựa
D (mm) d (mm) h (mm)
1
2

10

TB
Sai số
- Ghi kết quả: Độ dày bản nhựa.
- Ghi kết quả: Thể tích hình trụ rỗng, kết quả và sai số.
2. Panme
- Đo đường kính viên bi xe đạp
- Đo đường kính sợi dây đồng
- Đo đường kính đũa thủy tinh

Kết quả:
- Độ chính xác của panme:

δ
=

- Vị trí 0 của panme: …
Viên bi Sợi dây đồng Đũa thủy tinh
Lần TN
1
D
(mm)
2
D
(mm)
3
D
(mm)
1
…

10

TB
Sai số:
- Ghi kết quả:
3. Cầu kế
- Đo độ dày bản mỏng: lưỡi dao cạo.
- Đo bán kính trong và ngoài của mặt cầu thủy tinh.
Kết quả:
- Độ chính xác của cầu kế:

δ
=

- Vị trí 0 của cầu kế
6

Mặt cầu thủy tinh
Lần TN
Bản mỏng
d (mm)
h (mm)
1
r
(mm)
2
r
(mm)
3
r

(mm)
r (mm)
1
2
…
5

TB
Sai số
- Ghi kết quả: độ dày bản mỏng.
- Tính bán kính R, ghi kết quả và sai số 0 của cầu kế.
7
Hình 7. Phương pháp cân
Menđêlêep
Chuyên đề 2: PHÉP ĐO KHỐI LƯỢNG. CÂN CHÍNH XÁC
I. Mục tiêu
Hiểu được cấu tạo và sử dụng thành thạo một số dụng cụ đo khối lượng
thường gặp trong phòng thí nghiệm.
Hiểu được một số nguyên tắc cân đơn giản.
II. Tóm tắt lý thuyết
Cân phân tích thường được dùng để xác định khối lượng của một vật với
độ chính xác cao. Độ chính xác của cân phân tích thường là 1mg đến 0,1 mg.
1. Nguyên tắc của phương pháp cân thường
Nếu cánh tay đòn bên trái của cân là
1
l
, cánh tay đòn bên phải của cân là
2
l
; Khối lượng của đĩa cân và quang cân bên trái là

1
m
, khối lượng của đĩa cân
và quang cân bên phải là
2
m
. Khi đặt vật có khối lượng X lên đĩa cân bên trái và
các quả cân có khối lượng M lên đĩa cân bên phải sao cho đòn cân thăng bằng
thì tổng mô men ngoại lực tác dụng lên đòn cân
bằng 0. Ta có:
(
)
(
)
1 1 2 2
m X l g m M l g
+ = +
hay
(
)
(
)
1 1 2 2
m X l m M l
+ = +

Để cho X = M thì điều kiện cần thiết là:
1 2
1 2
m m

l l
=


=


Trên thực tế hai biểu thức trên chỉ gần đúng
nên ta chỉ có:
X M
≈
.
2. Nguyên tắc của phương pháp cân Menđêlêep
Trong trường hợp biểu thức:
1 2
1 2
m m
l l
=


=

không thỏa mãn. Ta sẽ sử dụng phương pháp cân Menđêlêep để
xác định khối lượng của vật cần tìm.
Trên đĩa cân bên trái đặt một vật có khối lượng lớn hơn vật cần cân, gọi là
bì. Bì có khối lượng là B. Trên đĩa cân bên phải đặt vật cần cân và một vài quả
nặng có khối lượng bằng
1
M

, sao cho đòn cân thăng bằng. Khi đó ta có:
8
(
)
(
)
1 1 2 1 2
. .
m B g l m X M g l
+ = + +

Bỏ vật cần cân ra, giữ nguyên bì và thêm các quả cân vào đĩa cân bên phải
sao cho đòn cân lại thăng bằng. Giả sử tổng khối lượng của các quả cân bây giờ
là
2
M
. Ta lại có:
(
)
(
)
1 1 2 2 2
. .
m B g l m M g l
+ = +

Từ hai biểu thức trên, ta rút ra được:
2 2 2 1
m M m X M
+ = + +

hay là:
2 1
X M M
= −

3. Tìm điểm O thực của cân: Tính độ nhạy của cân
Điểm O thực của cân tức là vị trí của kim khi cân không tải ở vị trí cân
bằng. Nhẹ nhàng vặn hãm để kim cân dao động tự do trong giới hạn từ 5 – 10
vạch trên thang chia độ. Nếu gọi
1 3 5
, ,
a a a
là các độ lệch phải liên tiếp của kim;
2 4 6
, ,
a a a
là các độ lệch trái liên tiếp của kim thì số không thực
(
)
0
a
sẽ là:
1 3 5 2 4 6
0
1
2 3 3
a a a a a a
a
+ + + +
 

= +
 
 

Xác định giá trị một độ chia bằng cách đặt một quả cân nhỏ khối lượng
m(mg) lên một đĩa cân và xác định giá trị cân bằng mới của kim
(
)
a
. Giá trị a
cũng được tìm với công thức tương tự như trên.
Giá trị một vạch chia:
0
m
a a
−
(mg/độ
chia). Nghịch đảo giá trị một độ chia gọi là
độ nhạy của cân.
III. Thực hành
1. Tính độ nhạy của cân không tải
- Kiểm tra tình trạng của cân và các
quả cân.
- Xác định vị trí 0 thực của cân.
- Tính độ nhạy của cân không tải.
2. Các chú ý khi cân
- Trước khi cân phải hiệu chỉnh lại cân
sao cho cân thăng bằng. Hiệu chỉnh bằng các vít ở chân để cho quả rọi nằm
đúng vị trí giữa.
- Hiệu chỉnh lại các gia trọng ở hai đầu đòn cân để sao cho kim của cân

dao động trong khoảng giữa khi cân không tải cân bằng.
Hình 8. Cân Menđêlêep
9
- Hiệu chỉnh lại các điểm tựa nằm đúng vị trí, tránh bị xô lệch.
- Khi cân, lúc đặt mẫu hay quả cân thì cần vặn hãm lại để cho đĩa cân
không đung đưa. Sau khi đặt xong mẫu rồi thì đóng cửa kính lại để tránh gió rồi
mới từ từ vặn hãm ra (chú ý vặn hãm ra phải thật từ từ).
- Đặt quả nặng có khối lượng lớn vào trước. Nếu cân nghiêng về phía đĩa
có quả nặng thì bỏ quả đó ra rồi cho quả nặng có khối lượng nhỏ kế tiếp vào.
Nếu cân nghiêng ngược lại thì ta lại tiếp tục bỏ thêm quả nặng có khối lượng
nhỏ kế tiếp. Làm lần lượt từ quả nặng có khối lượng lớn nhất đến quả có khối
lượng nhỏ nhất.
- Tránh tì tay lên bàn trong quá trình cân để tránh làm rung cân.
- Không được di chuyển vị trí của cân sau khi đã hiệu chỉnh.
3. Xác định khối lượng của vật bằng 2 phương pháp: Cân thường và cân
Menđêlêep – Áp dụng cân một miếng nhựa và một khối trụ.
Kết quả:
- Vật 1:
Cân thường Cân Menđêlêep
Lần TN
X

1
M

2
M

2 1
X M M

= −

1
2
3

TB
Sai số
- Vật 2 được tiến hành tương tự. Tính sai số và ghi kết quả. Nhận xét.
10

Chuyên đề 3: NGHIÊN CỨU CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
I. Mục tiêu
Khảo sát các định luật chuyển động, thấy được mối liên hệ giữa quãng
đường, vận tốc và thời gian, khối lượng, gia tốc và lực tác dụng.
Nghiệm lại sự đúng đắn của định luật II Newton.
II.Tóm tắt lý thuyết
1. Định luật II Newton
Phát biểu: Gia tốc
a


của vật tỉ lên thuận với lực
tác dụng
F

lên vật và tỉ lệ
nghịch với khối lượng m của
vật.

F
a
m
=



Công thức của định
luật II Newtơn có thể viết lại
dưới dạng:

amF


.
=

⇒
Phương trình này gọi là phương trình cơ bản của động lực học chất
điểm.
- Một vật khi tổng các lực tác dụng lên nó bằng 0 thì vật sẽ chuyển động
thẳng đều. Khi đó vận tốc của vật không đổi
0
dv
a
dt
= =


suy ra

v const
=


Vận tốc chuyển động thẳng đều có trị số bằng:

const
t
S
v ==

( S: quãng đường đi được trong thời gian t)
- Trong trường hợp vật chịu một lực tác dụng không đổi thì vận tốc của
vật là một hàm số của thời gian. Trường hợp này gọi là chuyển động thẳng
biến đổi đều.
Hình 9. Nghiên cứu định luật II Newton
11

( )
0 0
F
v t v at v t
m
= + = +

Nếu như vận tốc ban đầu
0
v 0
=
thì ta có công thức:

( )
F
v t t
m
=
Chọn gốc thời gian là điểm xuất phát của vật thì quãng đường đi được là:
( )
2 2
1 1
2 2
F
s t at t
m
= =

- Xét một hệ vật gồm một xe trượt có khối lượng
2
m
chuyển động trên một
mặt phẳng nằm ngang nhẵn do tác dụng kéo của một vật có khối lượng
1
m treo ở
một sợi dây mảnh không dãn vắt qua ròng rọc nhỏ và nối với xe trượt.
Nếu bỏ qua ma sát, gia tốc a của hệ vật này theo định luật II Newton sẽ
bằng:
(
)
1 2 1
. .
m m a m g

+ =
Suy ra:
1
1 2
.
m
a g
m m
=
+

2. Chuyển động trên đệm không khí
Đệm không khí là một hộp kim loại dài, một đầu được bịt kín và một đầu
được nén với bơm nén khí. Trên mặt hộp có những lỗ nhỏ được phân bố đều
nhau để khí nén phụt ra ngoài.
Một xe thí nghiệm được đặt trên mặt hộp để khảo sát chuyển động. Khi
bơm khí nén vào hộp, các luồng khí nén thoát ra từ các lỗ nhỏ, nâng xe trượt
khỏi mặt hộp, tạo ra
một lớp đệm không
khí với ma sát không
đáng kể. Coi như ma
sát giữa xe và mặt
hộp bằng 0.
Cách chỉnh
cho xe nằm thăng
bằng, ma sát bằng 0
(Cần chỉnh trước khi làm thí nghiệm): Đặt xe lên mặt hộp, bơm khí vào. Chỉnh
các vít ở chân sao cho khi buông tay thì xe không bị trôi, cũng không bị sít.
Quãng đường chuyển động của xe được xác định bởi thước T gắn trên giá.
Thời gian chuyển động được xác định nhờ hai cảm biến và hai máy ghi thời

gian. Xe được nối với một sợi dây vắt qua ròng rọc, đầu kia của sợi dây buộc
Hình 10. Sơ đồ thí nghiệm xe chuyển động trên đệm không khí
P: Máy nén khí; Đ
1
,Đ
2
: Các cảm biến 1 và 2; C: Cái chắn sáng;
X: Xe chuyển động; G: Giá đỡ; T: Thước.
12

với vật nặng. Khối lượng này có thể thay đổi trong quá trình làm thí nghiệm. Vật
nặng để tạo gia tốc của xe trong quá trình làm thí nghiệm.
Khi xe chuyển động qua cảm biến, thanh sắt nhỏ gắn trên xe có độ rộng
3
s mm
∆ =
sẽ chắn sáng giữa đèn hồng ngoại trên cảm biến trong khoảng thời
gian
t
∆
. Khoảng thời gian này sẽ được máy đo thời gian tự động ghi lại.
III.Thực hành
1. Nghiệm lại định luật II Newton
Điều chỉnh vị trí của đệm không khí sao cho xe thăng bằng, ma sát coi
như bằng 0.
- Điều chỉnh lại đúng chế độ của máy đo thời gian. RESET lại thời gian
trước khi đo
- Đặt cảm biến
1
D

cách đầu hộp kim loại 40cm, cảm biến
2
D
cách cảm
biến
1
D
30cm.
- Nối xe với một quả cân có khối lượng m, phía dưới đặt giá đỡ cách
khoảng 15 – 20 cm (khi xe nằm ở vị trí đầu hộp kim loại).
- Cho bơm hoạt động.
- Thả cho xe chuyển động dưới tác dụng của quả nặng m. Khi quả nặng
chạm vào giá đỡ thì xe không còn lực tác dụng, vì vậy xe lúc này chỉ chuyển
động theo quán tính và giữ nguyên vận tốc.
- Đọc thời gian trên máy đo thời gian. Tính được vận tốc tương ứng của
xe tại các điểm đặt
1
D
và
2
D
:
1
1
s
v
t
∆
=
∆

và
2
2
s
v
t
∆
=
∆

- Thay đổi khoảng cách L giữa 2 cảm biến từng 5cm một, giữ nguyên vị
trí cảm biến
1
D
, thực hiện tương tự.
- Nhận xét, đánh giá kết quả.
Kết quả:
a.
1 2
D D
= 30
m =… m =… m =… m =…
Lần
TN
1
v

2
v

1
v

2
v

1
v

2
v

1
v

2
v

1
2

13

…
5
TB

Sai số

b.

1 2
D D
= 35,
1 2
D D
= 40. (tương tự)
2. Nghiệm lại định luật chuyển động thẳng biến đổi đều
- Bỏ giá đỡ, để cho xe chuyển động nhanh dần đều dưới tác dụng của
trọng lực.
- Tính được vận tốc tương ứng của xe tại các điểm đặt
1
D
và
2
D
.
- Tính gia tốc của xe.
- Thay đổi vị trí cảm biến
2
D
, thực hiện tương tự.
- So sánh các giá trị a đo được với
1
1 2
.
m
a g
m m
=
+

và rút ra kết luận.
Kết quả:
a.
1 2
D D
= 30
m =… m =… m =… m =…
Lần
TN
1
v

2
v

1
v

2
v

1
v

2
v

1
v

2
v

1
…
5

TB

Sai số

b.
1 2
D D
= 35,
1 2
D D
= 40 (tương tự).
14

Chuyên đề 4: XÁC ĐỊNH NHIỆT NÓNG CHẢY CỦA NƯỚC ĐÁ
I. Mục tiêu
Hiểu được các khái niệm quá trình chuyển pha, nhiệt dung riêng, nhiệt
nóng chảy.
Xác định được nhiệt nóng chảy của nước đá.
II. Tóm tắt lý thuyết
1. Khái niệm chung
Khi nhận nhiệt từ môi trường, nhiệt
độ của vật sẽ tăng lên. Nhiệt độ cần cung
cấp cho một đơn vị khối lượng của một chất

để nó tăng lên
1
K
gọi là nhiệt dung riêng
của chất đó.
Đối với chất rắn, khi nhiệt độ được
truyền cho vật thì nhiệt độ của vật sẽ tăng
lên cho đến khi vật rắn bắt đầu nóng chảy.
Nếu tiếp tục truyền nhiệt lượng thì nhiệt độ
của vật không tăng nữa mà nhiệt lượng được
truyền đó có tác dụng phá vỡ mạng tinh thể
của vật rắn, làm cho vật rắn bắt đầu chuyển sang thể lỏng.
Nhiệt nóng chảy của một chất là nhiệt lượng cần cung cấp cho một đơn vị
khối lượng chất ấy nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy. Đơn vị: J/kg.
2. Xác định nhiệt nóng chảy của nước đá
Để xác định nhiệt nóng chảy của nước đá, ta lấy một khối nước đá có khối
lượng
1
m
, có nhiệt độ
0
1
0
T C
=
cho vào khối nước lã có khối lượng
2
m
, nhiệt độ
là

2
T
. Nước lã sẽ truyền
nhiệt cho khối nước đá, làm
cho khối nước đá tan. Kết
thúc quá trình, khi hệ ở trạng
thái cân bằng, nhiệt độ của
hệ đạt được là T.
Coi như hệ là cô lập, khi đó năng lượng của hệ được bảo toàn. Ta có:
(
)
(
)
(
)
1 1 1 2 2 2
* 0
m m C T T m C T T mC T T
λ
+ − + − + − =
(1)
Trong đó:
Hình 12. Sơ đồ trao đổi nhiệt
Hình 11: Bộ thí nghiệm xác định nhiệt
nóng chảy của nước đá
15

m
: khối lượng của nhiệt lượng kế và que khuấy
C: Nhiệt dung riêng của nước.

4,186 / .
C kJ kg K
=

λ
: Nhiệt nóng chảy của nước đá
*
C
: Nhiệt dung riêng của nhiệt lượng kế và que khuấy
Với nhiệt lượng kế của phòng thí nghiệm, ta có thể coi nhiệt lượng kế và
que khuấy là tương đương với 20g nước ở nhiệt độ của nước ban đầu. Khi đó:
( ) ( )
2
2 1
1
*
m m
C T T C T T
m
λ
+
= − + −
(2)
với
* 20
m g
=

Nếu trong trường hợp không tính đến sự đóng
góp của nhiệt lượng kế và que khuấy thì phương

trình cân bằng nhiệt sẽ là:
(
)
(
)
1 1 1 2 2
0
m m C T T m C T T
λ
+ − + − =

hay:
( ) ( )
2
2 1
1
m
C T T C T T
m
λ
= − + −

III. Thực hành
1. Các chú ý khi dùng nhiệt lượng kế
- Nhiệt lượng kế có thành cách nhiệt, cấu tạo như một phích nước.
- Không được làm rơi hoặc va chạm mạnh. Không được để các vật nặng
lên nhiệt lượng kế.
- Trên nắp nhiệt lượng kế có một lỗ nhỏ để cắm nhiệt kế, một vợt được sử
dụng để khuấy hỗn hợp nước đá cho hỗn hợp đồng đều.
2. Các chú ý khi dùng cân

- Chú ý khối lượng lớn nhất mà cân có thể cân được.
- Không được để rây nước vào cân.
- Khi tắt cân, nhấn vào nút ON/OFF cho đến khi xuất hiện chữ OFF.
3. Xác định nhiệt nóng chảy của nước đá
- Cân nhiệt lượng kế (không có nắp).Ghi giá trị khối lượng m của nhiệt
lượng kế. Phép đo lặp lại 3 lần.
Hình 13. Thiết bị xác định
nhiệt nóng chảy
Nhiệt lượng kế
Bình nhiệt
lượng kế
Que khu
ấy

Đá
16

- Đổ khoảng 150 – 200 ml nước vào bình nhiệt lượng kế (1/2 bình). Cân
khối lượng
2
m m
+
. Lặp lại 3 lần.
- Đậy nắp nhiệt lượng kế lại, cắm nhiệt kế vào. Dùng que khuấy để khuấy
đều trong khoảng 2 đến 3 phút. Ghi lại nhiệt độ ban đầu của nước:
2
T
. Lặp lại 3
lần, mỗi lần cách nhau 30s.
- Mở nắp nhiệt lượng kế, cho khoảng 50g đá ở nhiệt độ T vào.

- Đóng nắp nhiệt lượng kế, cắm nhiệt kế vào. Khuấy đều hỗn hợp trong
nhiệt lượng kế cho đến khi đá tan hết. Đo nhiệt độ của hệ từ lúc bắt đầu khuấy
cho đến khi hệ đạt nhiệt độ ổn định thì ngừng đo. Nhiệt độ T cuối cùng được xác
định 3 lần. Mỗi lần đo nhiệt độ cách nhau 30s.
- Rút nhiệt kế ra, bỏ nắp nhiệt lượng kế.
- Đo khối lượng
1 2
m m m
+ +
. Lặp lại 3 lần.
- Tính nhiệt nóng chảy của nước đá theo công thức:
( ) ( )
2
2 1
1
*
m m
C T T C T T
m
λ
+
= − + −

Kết quả:
- Xác định khối lượng
Lần TN
m

2
m m

+

2
m

1 2
m m m
+ +

1
m

Lần 1
Lần 2
Lần 3
TB
Sai số
- Xác định nhiệt độ:
Lần TN
1
T

2
T

T
1
2
3

TB
Sai số

17

Chuyên đề 5: HIỆU ỨNG TỪ TỔNG TRỞ KHỔNG LỒ
I. Mục tiêu

Nghiên cứu hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ-GMI, nghiên cứu phương pháp
chế tạo vật liệu từ mềm nền Co có hiệu ứng GMI bằng công nghệ nguội nhanh.
Nghiên cứu ứng dụng của vật liệu từ mềm có hiệu ứng GMI vào đời sống và
kỹ thuật.
II. Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ và các thông số đặc trưng
1. Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ
- Hiệu ứng từ tổng trở là một dạng của hiện tượng cảm ứng điện từ. Bản chất
của hiệu ứng này là sự thay đổi của tổng trở xoay chiều Z dưới tác dụng của từ
trường ngoài.
- Tuy nhiên, trong thời kì đầu mới phát hiện, người ta thấy sự thay đổi của
tổng trở Z là không nhiều, nên hiệu ứng này vẫn chưa thu hút được sự quan tâm của
các nhà khoa học. Đến năm 1994 khi L.V. Panina phát hiện ra sự thay đổi rất lớn
của tổng trở duới tác dụng của từ trường trong dây dẫn vô định hình nền Co, được
gọi là hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ
- Ở Việt Nam, hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI được bắt đầu nghiên cứu
từ năm 2001 đến nay tại Phòng thí nghiệm Vật liệu từ vô định hình và Nano tinh
thể, Viện Vật lý kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà Nội. Các kết quả nghiên cứu tập
trung trên hệ vật liệu từ siêu mềm hiện đại: Vô định hình nền Co và nano tinh thể
nền Fe (finemet) được chế tạo bằng công nghệ nguội nhanh
- Khi cho dòng điện xoay chiều có tần số ω chạy qua dây dẫn có từ tính,
dòng điện này sẽ sinh một từ trường biến thiên H
t

vuông góc với dây dẫn. Từ thông
sinh ra do sự biến thiên của H
t
làm xuất hiện trong dây dẫn dòng điện cảm ứng i
’
có
tác dụng chống lại sự biến thiên của từ trường
H
t
. Mặt khác H
t
từ hóa dây theo phương
ngang làm xuất hiện độ từ thẩm theo phương
ngang
µ
t
. Khi ta đưa từ trường ngoài H
ext
một
chiều song song với trục của dây dẫn thì từ
trường này sẽ làm thay đổi quá trình từ hoá
theo phương ngang

i=I
o
e
i
ω
t

>>

H
t

Hình 14 Tổng trở của dây
dẫn có từ tính
i'

18

Xuyến
C
ảm
bi
ến

Hình 15. Cấu tạo cảm biến đo dòng GMI
2. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu ứng tổng trở khổng lồ
a) Ảnh hưởng của độ từ thẩm lên hiệu ứng tổng trở khổng lồ
Như đã biết độ từ thẩm hiệu dụng
µ
t
theo phương ngang là hàm của tần số ω
và từ trường ngoài H
ext
. Đối với các vật dẫn phi từ
µ
∼ 1, từ trường tác động lên độ
thẩm từ gần như không đáng kể, có thể bỏ qua. Do đó tổng trở của chúng chỉ thay

đổi theo tần số. Nhưng đối với các vật liệu từ mềm có độ từ thẩm rất lớn (
µ
∼ 10
4
)
,
độ từ thẩm thay đổi mạnh theo từ trường và tần số, kéo theo sự thay đổi mạnh tổng
trở Z khi từ trường và tần số thay đổi.
b) Ảnh hưởng của độ dày thấm sâu bề mặt lên hiệu ứng tổng trở khổng lồ
Mặt khác hiệu ứng GMI còn liên hệ đến hiệu ứng bề mặt (đại lượng đặc
trưng cho hiệu ứng bề mặt là độ thấm sâu -
δ
). Ở tần số cao, độ thấm sâu
δ
nhỏ,
dòng điện chỉ phân bố trên một lớp rất mỏng ở bề mặt dây dẫn có nghĩa là dòng
điện bị cản trở mạnh (tổng trở lớn) và ngược lại.
III. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cảm biến đo dòng GMI
Cảm biến đo dòng GMI
gồm hai phần: cảm biến GMI
được chế tạo từ vật liệu vô
định hình nền Co và xuyến hở
với mục đích tập trung từ
trường tại khe, cảm biến được
ghép vào khe này.
Nguyên lý hoạt động
của cảm biến đo dòng GMI là
khi cho dòng điện chạy qua
xuyến sẽ sinh ra từ trường
chạy trong xuyến và được tập

trung tại hai đầu khe từ.


Theo hiệu ứng GMI, tổng trở của cảm biến GMI bị thay đổi, xác định sự thay
đổi tổng trở của cảm biến GMI sẽ xác định được cường độ dòng điện ban đầu. Với

19

nguyên lý hoạt động như trên thì cảm biến đo dòng GMI có thể đo được cả dòng
điện một chiều và dòng điện xoay chiều.
IV. Phương pháp chế tạo bằng công nghệ nguội nhanh
Công nghệ nguội nhanh là phương pháp chế tạo hợp kim vô định hình quan
trọng vì phương pháp này có năng suất cao (vài chục mét băng trong một giây), sản
phẩm tạo ra có kích thước lớn (cho phép chế tạo băng VĐH rộng tới 150 – 200
mm), có ý nghĩa trong việc ứng dụng vào thực tế.

VAN

Hîp kim láng

¸p suÊt

Vßng c¶m øng

Ar

Vßi phun

B¨ng V§H

Hình 16 Sơ đồ thiết bị nguội nhanh đơn trục
Hình 16 mô tả sơ đồ thiết bị công nghệ nguội nhanh: Kim loại được nung
chảy trong nồi nung bằng dòng điện cảm ứng cao tần, sau đó áp suất khí Ar sẽ đẩy
kim loại nóng chảy qua vòi phun (gắn liền với nồi nung) lên một môi trường làm
lạnh. Môi trường làm lạnh thường là một hoặc hai trống đồng làm bằng đồng đỏ
quay nhanh. Khi tia kim loại lỏng ra khỏi vòi phun, gặp bề mặt trống đồng, bị dàn
mỏng, mất nhiệt nhanh chóng, đông cứng tức thời (trong thời gian 1/1000 giây) và
văng ra dưới dạng băng mỏng (25-30µm) liên tục. Vì quá trình đông cứng xảy ra
trước quá trình kết tinh nên các băng mỏng đó chính là các băng hợp kim vô định
hình.
V. Ứng dụng của vật liệu có hiệu ứng GMI
Kể từ khi được phát hiện các vật liệu có hiệu ứng GMI được quan tâm

nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong khoa học kỹ thuật cũng như trong đời


20

sống. Và đã đạt được một số thành tựu quan trọng như: trong kỹ thuật điều kiển ô
tô trong việc dò tìm khuyết tật.
Mặt khác vật liệu có hiệu ứng GMI có độ nhạy cao còn được sử dụng trong
chế tạo cảm biến đo từ trường, cảm biến nhạy từ trường.

21


TÀI LIỆU HỌC TẬP

1. Tài liệu, giáo trình chính
[1]. Nguyễn Tú Anh, Vũ Như Ngọc, Vũ Ngọc Hồng, Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn
Trọng Hải, Lê Hương Quỳnh, Thực hành Vật lý đại cương, NXB Giáo dục, 2000.
[2]. Nguyễn Hoàng Nghị, Phí Hoà Bình, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Hữu Hoàng,
Nguyễn Thị Hồng Tâm, “Cảm biến đo dòng bằng hiệu ứng GMI”, Báo cáo hội
nghị vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25.11.2005.
[3].
Nguyễn Duy Thắng, Thực hành Vật lý đại cương, NXB Giáo dục, 2000.
2. Sách tham khảo
[4]. Lương Duyên Bình, Vật lý đại cương (tập 1, 2, 3), NXB Giáo Dục, 2004.
[5]. Lê Thị Thanh Bình, Nguyễn Ngọc Long, Thực hành Vật lý đại cương (Tập 1,
2, 3), NXB Đại học Quốc Gia, 2000.
[6]. N.H. Nghi, N.M. Hong, T.Q.Vinh, N.V.Dung, P. M. Hong, (2003) Physica B B
327 253-256.