tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

TRƯ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BỘ MÔN SƯ PHẬM VẬT LÝ

TÌM HI
HIỂU ỨNG DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG
ỜNG
TRONG VẬT LÝ TRỊ LIỆU
Luận văn tốt nghiệp
Ngành: SƯ PH
PHẠM VẬT LÝ - CÔNG NGHỆ

Giáo viên hướng
ớng dẫn:

Sinh viên thực
ực hiện:

Hồ
ồ Hữu Hậu

Lý Thịị Thanh Huyền
Mã số SV: 1117591
Lớp: TL1192A1
Khóa: 37

Cần Thơ, năm 2015


Tìm hiểu ứng dụng của laser trong y học cổ truyền

GVHD: Hồ Hữu Hậu

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện. Các số
liệu, kết quả phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công
bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào trước đây.
Mọi tham khảo, trích dẫn đều được chỉ rõ nguồn trong danh mục tài liệu tham
khảo của luận văn

Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2015

Tác giả

Lý Thị Thanh Huyền

SVTH: Huỳnh Thanh Phong


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

MỤC LỤC
PHẦN A. MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................................. 1

2. Mục đích của đề tài ........................................................................................................... 1
3. Giới hạn đề tài .................................................................................................................. 1
4. Phương pháp và phương tiện thực hiện ............................................................................ 1
5. Các bước thực hiện ........................................................................................................... 2
PHẦN B. NỘI DUNG
Chương 1. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ TỪ TRƯỜNG
1. Lịch sử .............................................................................................................................. 3
2. Khái quát về từ trường, đơn vị và đo lường ..................................................................... 4
2.1. Khái quát về từ trường .................................................................................................. 5
2.1. Đơn vị ........................................................................................................................... 5
2.3. Đo lường ....................................................................................................................... 5
2.4. Đường sức từ, từ thông
2.4.1. Đường sức từ ......................................................................................................... 6
2.4.2. Từ thông ................................................................................................................ 6
3. Tìm hiểu vật liệu từ
3.1. Sơ lược về từ học và vật liệu từ .................................................................................... 7
3.2. Nguồn gốc của từ tính trong vật chất ........................................................................... 7
3.3. Phân loại các vật liệu từ ................................................................................................ 9
3.3.1. Vật liệu nghịch từ ................................................................................................. 10
3.3.2. Chất thuận từ ........................................................................................................ 10
3.3.4. Vật liệu sắt từ và tính sắt từ ....................................................................................11
3.3.5. Siêu thuận từ ......................................................................................................... 16
3.4. Tìm hiểu về Nam châm
3.4.1. Khái quát về nam châm ........................................................................................ 17
3.4.2. Sự ra đời của nam châm và ứng dụng .................................................................. 22
Chương 2. TỪ TRƯỜNG CHO Y HỌC
1. Nghiên cứu chung về từ trường trị liệu ........................................................................... 23
1.1. Đặc điểm chung của trường tác từ trường- cơ thể ....................................................... 23
1.2. Phương pháp từ trị liệu ................................................................................................ 25
1.2.1. Khái quát................................................................................................................ 25

1.2.2. Cơ chế tương tác giữa từ trường-cơ thể sống ........................................................ 25
1.3. Tác dụng từ trị liệu ...................................................................................................... 27
GVHD Hồ Hữu Hậu

i


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

1.3.1. Tác dụng lên hệ xương .......................................................................................... 27
1.3.2. Tác dụng lên hệ thần kinh- miễn dịch ................................................................... 28
1.3.3. Tác dụng lên hệ tuần hoàn ..................................................................................... 28
1.3.4. Tác dụng lên hệ miễn dịch..................................................................................... 28
1.4. Chỉ định và chống chỉ định ........................................................................................... 29
2. Ứng dụng của hạt nano từ tính trong y học ...................................................................... 30
2.1. Phân tách và chọn lọc tế bào ........................................................................................ 30
2.2. Dẫn truyền thuốc .......................................................................................................... 30
2.3. Đốt nhiệt từ ................................................................................................................... 32
3. Tác dụng của việc chữa bệnh bằng việc ứng dụng từ trường ............................................ 32
3.1. Lợi ích của việc điều trị bằng từ trường ....................................................................... 32
3.2. Lợi thế của việc điều trị bằng từ trường ....................................................................... 32
3.3. Hệ thống vật lý trị liệu bằng từ trường tác động .......................................................... 32
3.4. Những ảnh hưởng của từ trường được phân loại.......................................................... 33
3.5. Vật lý trị liệu bằng từ trường được áp dụng ................................................................. 34
CHƯƠNG 3. TÌM HIỂU MÁY TỪ TRỊ LIỆU
1. Tìm hiểu thiết bị từ tần số thấp M310 .............................................................................. 36
1.1. Đặc điểm của máy ........................................................................................................ 36
1.1.1. Giới thiệu và mô tả thiết bị .................................................................................... 36

1.1.2. Thông số kỹ thuật .................................................................................................. 36
1.1.3. Sơ đồ cấu tạo thiết bị ............................................................................................. 37
1.2. Nguyên lý chung của máy từ trị liệu M310 .................................................................. 37
1.2.1. Nguyên lý chung.................................................................................................... 37
1.2.2. Mô tả cấu tạo và chức năng từng khối................................................................... 37
1.3. Nguyên lý hoạt động .................................................................................................... 38
1. 4. Ứng dụng trong điều trị ............................................................................................... 38
1.4.1. Từ trường tần số thấp và ứng dụng trong điều trị ................................................. 38
1. 4.2. Chỉ định điều trị .................................................................................................... 39
2. Tác dụng điều trị bằng từ trường. Máy điều trị từ trường ................................................. 39
2.1. Các vật liệu từ .............................................................................................................. 40
2.2. Kỹ thuật ....................................................................................................................... 40
2.2.2.Máy từ trường ......................................................................................................... 40
2.2.3. Các vật liệu từ chữa bệnh ...................................................................................... 40
2.3. Kỹ thuật từ trị liệu dùng ngoài .................................................................................... 41
2.3.1. Máy tạo từ trường .................................................................................................. 41
GVHD Hồ Hữu Hậu

ii


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

2.3.2. Kỹ thuật ................................................................................................................. 41
PHẦN C. KẾT LUẬN .......................................................................................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 43

GVHD Hồ Hữu Hậu

iii


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

PHẦN A. MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Vật lý được coi là môn khoa học cơ bản nhất của khoa học tự nhiên. Vật lý nghiên
cứu những thành phần cơ bản nhất của vật chất và các tương tác giữa chúng cũng như
nghiên cứu về các nguyên tử và việc tạo thành phần tử và chất rắn. Có thể nói Vật lý là
một nhân tố kết nối nhiều ngành khoa học, nhiều lĩnh vực trong cuộc sống. Đã có rất
nhiều công trình nghiên cứu Vật lý được ứng dụng vào các ngành khoa học cũng như
trong đời sống hằng ngày phục vụ trực tiếp cho nhu cầu của con người từ giao thông vận
tải, công nghệ thông tin, truyền thông…và một trong những ứng dụng không thể không
kể đến của Vật lý đó là ứng dụng trong y học, nó góp phần quan trọng trong việc chuẩn
đoán điều trị, chăm sóc sức khỏe cho con người với một số phương pháp mang lại hiệu
quả cao như: vật lý trị liệu, chụp X quang, chiếu tia phóng xạ, chiếu tia laser…trong đó
ứng dụng của từ trường vào việc chữa bệnh bằng vật lý trị liệu đã và đang thu hút rất
nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học cũng như xã hội. Hầu như từ trường không gây
tác hại đối với liều điều trị, không gây biến đổi với cấu trúc tế bào và hiện tượng di sản, ít
thấy hiện tượng cơ thể quen với từ trị liệu nên có thể kéo dài điều trị. Từ trường điều trị
là một trong những phương pháp điều trị không cần dùng thuốc. Ngày nay khoa học phát
triển thì những bí mật về từ trường ngày càng được khám phá kỹ hơn, những ứng dụng
của nó trong điều trị bệnh rộng rãi hơn.
Bản thân là sinh viên chuyên ngành sư phạm Vật lý – Công nghệ nên tôi muốn vận dụng
những kiến thức chuyên ngành đã được thầy cô truyền đạt trong suốt thời gian ngồi trên
giảng đường Đại học để nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng Vật lý trong y học nên tôi quyết

định chọn đề tài “TÌM HIỂU ỨNG DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG TRONG VẬT LÝ TRỊ
LIỆU” cho luận văn của tôi.
Với đề tài này tôi hi vọng sẽ giúp tôi có thêm kiến thức trong công tác giảng dạy và
những kiến thức bổ ích cho sức khỏe bản than và gia đình sau này.

2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Với đề tài này tôi nghiên cứu các vấn đề sau:
- Lý thuyết chung về từ trường
- Từ trường trong y học.
- Tìm hiểu thiết bị trị liệu.

3. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Với đề tài này do hạn chế về thời gian, nguồn tài liệu và kiến thức nên tôi chỉ
nghiên cứu về:
- Tìm hiểu vấn đề khái quát về từ trường, từ môi và nam châm.
- Ứng dụng của từ trường trong trị liệu.

4. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN
Những vấn đề cần nghiên cứu và xây dựng của đề tài, tôi dựa trên:
Về phương pháp: Thu thập tài liệu, nghiên cứu phân tích tổng hợp
kết quả

5. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN
Để hoàn thành luận văn tôt nghiệp tôi phải thông qua các bước:
- Nhận đề tài, định hướng các vấn đề cần nghiên cứu
- Xác định mục đích cần đạt được của đề tài.
- Thu thập, phân tích tài liệu có nội dung liên quan đến đề tài
- Lập đề cương tổng quát
- Lập đề cương chi tiết
GVHD Hồ Hữu Hậu

1


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu
- Viết, lập luận thành luận văn hoàn chỉnh
- Báo cáo bảo vệ luận văn

GVHD Hồ Hữu Hậu

2

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

PHẦN B. NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ TỪ TRƢỜNG
1. LỊCH SỬ
Tuy nam châm và từ học đã được biết đến từ lâu, nghiên cứu về từ trường bắt đầu
vào năm 1269 khi học giả người Pháp Petrus Peregrinus de Maricourt vẽ ra từ trường
xung quanh một nam châm hình cầu bằng sử dụng các cây kim loại nhỏ. Ông cũng đề cập
đến hai cực từ tương tự như hai cực của Trái Đất. Khoảng ba thế kỷ sau, nhà thiên văn
học William Gilbert ở Colchester lặp lại nghiên cứu của Petrus Peregrinus và lần đầu tiên
phát biểu rõ ràng về Trái Đất là một nam châm khổng lồ. Công bố năm 1600, công trình
của Gilbert, De Magnete, giúp từ học trở thành một ngành khoa học.
Năm 1750, John Michell phát hiện ra các cực từ hút hoặc đẩy nhau tuân theo định

luật nghịch đảo bình phương, sau đó Charles- Augustin de Coulomb xác nhận điều này
bằng thực nghiệm vào năm 1785 và nêu ra các cực Bắc Nam không thể tách rời nhau.
Siméon- Denis Poisson đã thiết lập một mô hình thành công đầu tiên về từ trường dwak
trên các lực từ và trong nam châm có các cặp cực từ bắc/nam nhỏ [12].
Tuy nhiên, có ba khám phá gây thách thức đến cơ sở từ học. Đầu tiên, Hans Christian
Oersted năm 1819 khám phá ra hiện tượng dòng điện sinh ra từ trường bao quanh dây
dẫn. Năm 1820, André- Marie ampere chỉ ra rằng hai sợ dây song song có dòng điện
cùng chiều qua sẽ hút nhau. Cuối cùng, Jean- Baptiste Biot và Felix Savart khám phá ra
định luật Boit-Savart năm 1820, định luật miêu tả đúng đắn từ trường bao quanh sợi dây
có dòng điện chạy qua.
Dựa trên ba khám phá trên, Ampere đã công bố một mô hình thành công cho từ học vào
năm 1825. Trong mô hình này, ông chỉ ra sự tương đương giữa dòng điện và nam châm,
đề xuất rằng từ tính là do những vòng chảy vĩnh cữu thay vì các lưỡng cục từ như mô
hình của Poisson. Mô hình này có thêm thuận lợi khi giải thích tại sao lại không có đơn
cực từ. Ampere dựa vào mô hình suy ra được cả định luật Ampere( hay chính là định
luật Biot-Savart), miêu tả đúng đắn từ trường bao qunah một sợi dây có dòng điện. Cũng
trong công trình này, Ampere đưa ra thuật ngữ điện động lực miêu tả mối liên hệ giữa
điện và từ [12].
Năm 1831, Michael Faraday phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ khi ông thay đổi từ
trường qua một dòng dây thì có dòng điện sinh ra trong sợi dây. Ông miêu tả hiện tượng
này bằng định luật cảm ứng Faraday. Sau đó, Franzt Ernst Neumann chứng minh rằng
khi vòng dây di chuyển trong từ trường thì hiện tượng cảm ứng là hệ quả của định luật
lực Ampere. Ông cũng nêu ra khái niệm vecto thế năng từ mà về sau người ta chứng
minh nó tương đương với cơ chế Faraday đề xuất.
Năm 1850 Huân tước Kelvin( hay William Thosmson), phân biệt ra hai kiểu từ trường
mà ngày nay ký hiệu bằng H và B. Cái đầu tương ứng cho mô hình của Poisson và cái
sau tương ứng cho mô hình của Ampere và hiện tượng cảm ứng. Hơn nữa, ông cũng suy
ra mối liên hệ giữa B bằng bội hằng số của H.
Giữa các năm 1861 và 1865, James Clerk Maxwell phát triển và công bố phương
trình Maxwell, trong đó ông giải thích và thống nhất các khía cạnh của lý thuyết điện học

và từ học cổ điển. Ông công bố những hệ phương trình đầu tiên trong bài báo ON
Physical Lines Of Force năm 1861. Tuy những phương trình này là đúng đắn nhưng chưa
đầy đủ. Maxwell hoàn thiện các phương trình của mình trong bài báo cáo năm 1865 A
Dynamical Theory of the Electromagnetic Field và chứng minh rằng ánh sáng là một
dạng sóng điện từ. Heinrich Herzt đã chứng minh bằng thực nghiệm kết quả này vào năm
1887.
GVHD Hồ Hữu Hậu

3


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

Mặc dù định luật lực của Ampere hàm ý lực do từ trường tác dụng lên điện tích chuyển
động trong nó, tuy thế cho tới tận năm 1892 Hendrik Lorentz mới suy luận ra tường minh
lực từ bằng các phương trình Maxwell. Cùng với những đóng góp này của Lorentz, lý
thuyết điện từ động lực cổ điển về cơ bản là đã hoàn thiện.
Trong thế kỷ 20, lý thuyết điện từ động lực đã được mở rộng để tương thích với thuyết
tương đối hẹp và cơ học lượng tử. Albert Einstein, trong bài báo năm 1905 thiết lập ra
thuyết tương đối, chứng minh rằng cả điện trường và từ trường là những phần của cùng
một thực thể khi quan sát từ các hệ quy chiếu khác nhau (như từ vấn đề di chuyển nam
châm và vòng dây dẫn trong thí nghiệm của Faraday và thông qua các thí nghiệm tưởng
tượng đã giúp Albert Einstein phát minh ra thuyết tương đối hẹp). Cuối cùng, để phù hợp
với lý thuyết mới là cơ học lượng tử, điện động lực học cổ điển đã được phát triển thành
thuyết điện động lực học lượng tử [12].

2. KHÁI QUÁT VỀ TỪ TRƢỜNG, ĐƠN VỊ VÀ ĐO LƢỜNG.
2.1. Khái quát về từ trƣờng.

Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt sinh ra quanh các điện tích chuyển động
hoặc do sự biến thiên của điện trường hoặc có nguồn gốc từ các momen lưỡng cực từ như
nam châm. Mỗi điểm trong từ trường được miêu tả bằng toán học thông qua hướng và độ
lớn tại đó, từ trường được miêu tả bằng vecto. Người ta hay sử dụng khái niệm lực
Lorentz tác dụng lên một điện tích điểm chuyển động để định nghĩa từ trường. Ký hiệu từ
trường là B hoặc H cho từng trường hợp cụ thể.
Các điện tích chuyển động hoặc mômen từ nội tại của các hạt cơ bản đi kèm với tính chất
lượng tử căn bản là spin là nguyên nhân của từ trường. Trong thuyết tương đối hẹp, điện
trường và từ trường là hai khía cạnh của cùng một thực thể, mô tả bằng tenxơ điện từ;
tenxơ này trở thành điện trường hay từ trường phụ thuộc vào hệ quy chiếu tương đối giữa
người quan sát và hạt điện tích. Trong vật lý lượng tử, trường điện từ bị lượng tử hóa và
tương tác điện từ là kết quả của sự trao đổi các photon giữa các hạt cơ bản, như mô tả bởi
điện động lực học lượng tử.
Từ trường đã được ứng dụng từ thời cổ đại và có nhiều thiết bị ngày nay hoạt động
dựa trên nó. Trong định vị hướng và vị trí, người ta sử dụng la bàn do Trái Đất sinh ra từ
trường. Từ trường quay được áp dụng trong các động cơ điện hay máy phát điện thông
qua hiệu ứng Hall lực từ cho biết thông tin về hạt tích điện trong vật liệu. Ngoài ra từ
trường là cơ sở cho sự hoạt động của máy biến áp và các mạch từ.
Các trường điện từ khác nhau chủ yếu ở tần số, sau nửa mới đến các đặc trưng khác như
cường độ…
2.2. Đơn vị.
Để đặc trưng định lượng cho từ trường về mặt tác dụng, người ta dùng khái niệm
cường độ. Ví dụ cường độ từ trường H. Vì từ trường còn có đặc trưng cảm ứng (sinh ra
các từ trường cảm ứng khi nó biến thiên theo không gian hoặc thời gian), người ta thường
dùng khái niệm cảm ứng từ B.
Cường độ từ trường là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường. Độ từ cảm(
cảm ứng từ) là đại lượng đặc trưng cho vật có từ tính chịu tác động của từ trường, độ từ
cảm phụ thuộc vào vật liệu.
Giữ B và H có mối liên hệ như sau:
B= µo. µ.H

(1.1)
Trong đó là độ từ thẩm chân không, là độ từ thẩm tương đối của môi trường (đối với chân
không ).
Đơn vị của H trong hệ SI là Ampere/meter (A/m), còn trong hệ vật lý CGS (cemtimetregram-second system) là Oested (Oe), trong đó:
GVHD Hồ Hữu Hậu

4


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

1 Oe= 79.6 A/m
(1.2)
hay 1 A/m= 0.013 Oe
(1.3)
trong hệ SI, B có đơn vị là tesla (T ), còn trong hệ quốc tế là Gauss (Gs ), với tương quan
định lượng:
1 T= 104 Gs
(1.4)
Trong thực tế lâm sàn, thường người ta dùng đơn vị mT để đặc trưng độ lớn của từ
trường cho dễ thuận tiện, vì từ trường điều trị có tần số khoảng vài chục mT.
2.3. Đo lƣờng.
Độ chính xác nhỏ nhất đối với phép đo từ trường đến nay (năm 2013) thực hiện được là
cỡ atto tesla (10-8 tesla), từ trường lớn nhất tạo ra được trong phòng thí nghiệm tồn tại
trong thời gian ngắn nhất (nam châm điện bị phá hủy) là cỡ 2.8 kT (viện VNIIEF ở sarov,
Nga, 1998), trong khi từ trường lớn nhất tồn tại trong thời gian ngắn nhất (nam châm điện
không bị phá hủy) có độ lớn sắp xỉ 100 T (phòng thí nghiệm Los Alamos, Hoa kỳ,
2011). Từ trường một số thiên thể như sao từ cao hơn rất nhiều, độ lớn từ 0,1 đến 100 GT

(104 đến 1011T) [12].
Từ kế là thiết bị dùng để đo hướng và độ lớn từ trường cục bộ lân cận với thiết bị. Dựa
trên nguyên lý hoạt động có các loại từ kế như sử dụng lõi quay, từ kế Hall, từ kế cộng
hưởng từ, từ kế SQUID và la bàn từ thông. Từ trường của các thiên thể trong vũ trụ được
đo thông qua ảnh hưởng của nó lên các hạt điện tích chuyển động. Ví dụ electron chuyển
động xoắn ốc trên đường sức từ phát ra bức xạ đồng bộ trong miền sóng vô tuyến.
2.4. Đƣờng sức từ, từ thông
2.4.1. Đƣờng sức từ
Ðường cảm ứng từ là đường vẽ trong từ trường mà tiếp tuyến với nó ở mỗi
điểm trùng với véctơ cảm ứng từ tại điểm đó. chiều dương của đường cảm ứng từ trùng
với chiều của véctơ cảm ứng từ tại mỗi điểm. Vì véctơ cảm ứng từ có giá trị, phương,
chiều hòan tòan xác định tại mỗi điểm, nên các đường cảm ứng từ không bao giờ cắt
nhau.
Giống như với đường sức điện trường, ta có thể vẽ các đường cảm ứng từ sao cho
mật độ của chúng cho biết độ lớn của cảm ứng từ tại mỗi điểm.
Phương pháp thực nghiệm để xác định đường cảm ứng rất đơn giản và hay
được dùng. Người ta rắc mạt sắt lên một tấm bìa cứng có dòng điện xuyên qua. Dưới tác
dụng của từ trường do dòng điện sinh ra, mặt sắt bị từ hóa, biến thành những nam châm
nhỏ. Những nam châm này, chịu tác dụng của lực từ sẽ định hứớng dọc theo các đường
cảm ứng từ nếu ta gõ nhẹ vào tấm bìa. Sự sắp xếp của mặt sắt cho ta hình ảnh của đường
cảm ứng. Hình ảnh đó gọi là từ phổ [12]. Trên hình 1.1, ta có từ phổ của ống dây
(xôlênôit). Các đường cảm ứng từ luôn là những đường cong khép kín tức là không có
điểm xuất phát và không có điểm tận cùng. Do
tính chất đó từ trường được gọi là một trường
xóay. Trái lại điện trường là một trường thế, các
đường sức điện trường không khép kín nó xuất
phát hoặc tận cùng từ các điện tích cho nên điện
tích là thực thể có thật. Cảm ứng từ là khép kín
nên không có điểm xuất phát hay tận cùng cho
nên trong thực tế không có từ tích.

Đường sức từ cũng là một công cụ để miêu
tả lực từ. Trong vật liệu sắt từ như sắt và trong Hình 1.1. Từ phổ của ống dây
plasma, lực từ có thể được hiểu như là những

GVHD Hồ Hữu Hậu

5


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

đường sức tác dụng một lực kéo dọc theo chiều dài, và sáp suất vuông góc với các đường
đó lên những đường lân cận.
2.4.2. Từ thông
Từ thông là thông lượng đường sức từ đi qua một diện tích.Từ thông liên hệ trực
tiếp với mật độ từ thông. Từ thông là tích phân của phép nhân vô hướng giữa mật độ từ
thông với véctơ thành phần điện tích, trên toàn bộ diện tích.
Theo ký hiệu toán học:

 m   B.dS

(1.5)

Với:
là từ thông
 B là mật độ từ thông
Hướng của véctơ B theo quy ước là từ cực nam lên cực bắc của nam châm, khi đi trong
nam châm, và từ cực bắc đến cực nam, khi đi ngoài nam châm.

Trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo từ thông là Weber (Wb), và đơn vị đo mật độ từ
thông là Weber trên mét vuông, hay Tesla.
3. TÌM HIỂU VẬT LIỆU TỪ.
3.1. Sơ lƣợc về từ học và vật liệu từ.
Từ học là một trong những môn khoa học lâu đời nhất trong vật lý. Lịch sử của nó được
bắt đầu từ khoảng hơn 3000 năm trước. Người Trung Quốc cho rằng từ đời Hoàng Đế (trị
vì Trung Hoa từ những năm 2698 TCN đến 2599 TCN), đã chế tạo ra các kim chỉ nam
dùng để xác định phương hướng. Đó là các đá nam châm có khả năng hút sắt và định
hướng Bắc-Nam. Chính sử đầu tiên ghi chép việc chế tạo các la bàn này là đầu đời Nhà
Chu (1046-771 TCN) và la bàn thực sự xuất hiện nhiều là thế kỷ thứ 7 trước công nguyên
(đồng thời ở Trung Quốc và Hy Lạp). Các kim chỉ nam trong la bàn là một dạng của vật
liệu từ cứng, là các ôxit sắt [2].
Các nghiên cứu ứng dụng các hiện tượng từ và lý giải các hiện tượng từ bắt đầu ở Châu
Âu từ thế kỷ 17, mà mở đầu là công trình của William Gilbert và sau đó là các nghiên
cứu của Michael Faraday, Ampere, Oersted, Lorentz, Maxwell... mở đầu cho việc đem
các ứng dụng từ học vào cuộc sống. Cho đến ngày nay, từ học vẫn là một chủ đề lớn của
vật lý học với nhiều hiện tượng lý thú và nhiều khả năng ứng dụng trong khoa học, công
nghệ, y - sinh học, cũng như trong cuộc sống.
3.2. Nguồn gốc của từ tính trong vật chất.
Nguồn gốc của từ tính là sự chuyển động của các điện tích, đó là cách hiểu đơn giản nhất
về nguồn gốc từ trường [3]. Có thể hiểu đơn giản là các điện tích chuyển động trong
nguyên tử tạo ra các dòng điện tròn, các dòng điện này tạo ra từ trường (tất nhiên hiểu
một cách bản chất thì phức tạp hơn), và để hiểu hơn, ta cần nắm rõ một số đơn vị trong từ
học.
Cường độ từ trường: Chỉ độ mạnh yếu của từ trường,
không phụ thuộc vào môi trường xung quanh, thường ký
hiệu là H. Trong hệ đơn vị chuẩn SI, cường độ từ trường
H có đơn vị là A/m (có thể nhớ đơn giản theo công thức
từ trường sinh ra trong cuộn solenoid là H = n.I, I có đơn
vị A, n có đơn vị 1/m--> H là A/m).

Ngoài ra, giới nghiên cứu về từ học hay sử dụng 1 hệ đơn
vị khác là hệ CGS (Cm-G-S), trong hệ này, đơn vị của
Hình 1.2. Chuyển động của
H là Oe (Oersted).
các điện tích nguồn gốc của
1 Oe ~ 80 A/m.
từ trường.


GVHD Hồ Hữu Hậu

6


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

- Cảm ứng từ (Magnetic Induction): chỉ cường độ từ trường trong môi trường (tức là nó tỉ
lệ với từ trường theo hằng số môi trường), ký hiệu là B.
Trong chân không, B = μ0.H, với μ0 = 4π.10-2 N.A-2 là hằng số từ, hay độ từ thẩm
của chân không. Đơn vị của B là T (Tesla) trong hệ SI, còn hệ CGS, đơn vị của B là G
(Gauss), 1 T = 10000 G.
Trong hệ CGS, hằng số m0 có giá trị là 1, vì thế 1 G = 1 Oe.
Ta chú ý rằng, quan hệ B = μ0.H là trong chân không, còn trong một môi trường
bất kỳ, còn phải nhân 1 hệ số của môi trường khác gọi là độ từ thẩm.
Dưới đây là ví dụ về cảm ứng từ B của một số nguồn từ:
+ Từ trường của nam châm móng ngựa: 500G-1000G.
+ Từ trường của nam châm đất hiếm (rất mạnh và khá đắt tiền): 0,75-1.4T.
+ Từ trường của các nam châm điện trong các từ kế (từ trường 1 chiều DC): 1 - 2.5T.

+ Từ trường của nam châm siêu dẫn: 5-9T + Từ trường xung: 9-15T
+ Từ trường Trái đất: 0,5G... Chú ý là từ trường 1 T là khá lớn so với các từ trường thông
thường mà ta gặp trong cuộc sống.
Momen từ: Là thước đo độ mạnh yếu của nguồn từ, là độ lớn của vectơ lưỡng cực từ, có
đơn vị là I.m2.
- Từ thông: Chỉ số đường sức qua một tiết diện của vật, được tính bằng tích vô hướng của
vecto cảm ứng từ B và véc tơ diện tích S. Mômen từ nguyên tử: Ta hãy xét bài toán đơn
giản một nguyên tử có 1 điện tử chuyển động quanh hạt nhân theo mô hình Bohr. Mô
hình Bohr xét điện tử chuyển động trên quỹ đạo bán kính r, vận tốc v. Lúc đó, mômen từ
sinh ra do chuyển động của điện tử là:

µ=IS=

1
e.v
 .r 2 = e.v.r
2
2. .r

(1.6)

Mặt khác, mômen động lượng của điện tử là: L = p.r = m.v.r. Theo mô hình Bohr,
mômen động lượng của điện tử chuyển động trên quỹ đạo bằng một số nguyên lần hằng
số Planck. Do đó, ta có:
n.h
v.r 
(1.7)
m
(n là một số nguyên, có thể nhận các giá trị 1, 2, 3 ...) Thay (1.7) vào (1.6), ta có công
thức tính mômen từ nguyên tử:

1
1 n.h
h.e
  e.v.r  e.  n.
2
2 m
4 .m
h.e
   n.
 9.27.10 24 A.m 2
4 .m

(1.8)

  gọi là Bohr Magneton, dùng để làm đơn vị của mômen từ nguyên tử. Đây là một tính
toán về nguồn gốc của từ trường là chuyển động quỹ đạo của điện tử [6]. Tuy nhiên, vật
lý hiện đại chỉ ra rằng, còn có đóng góp của spin của điện tử vào từ tính của vật chất. Có
thể hiểu spin như là mômen từ sinh ra do chuyển động tự quay của spin (hiểu một cách
đơn giản). Thực tế, spin là một thuộc tính của các hạt cơ bản. Vậy, nguồn gốc của tù
trường là do 2 đóng góp:
+ Chuyển động của điện tử trên quỹ đạo
+ Spin (chuyển động tự quay của điện tử).
Độ từ hóa là tổng mômen từ trong một đơn vị thể tích. Độ từ hóa theo cách định
nghĩa này có cùng thứ nguyên với từ trường H. Đôi khi người ta còn dùng khái niệm độ
từ hóa là tổng mômen từ trên một đơn vị khối lượng.
Ta có quan hệ giữa B, H và M như sau:
GVHD Hồ Hữu Hậu

7

Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

B = μ0(M + H), M = χ.H χ
(1.9)
gọi là độ cảm từ (Magnetic susceptibility), nói nên khả năng phản ứng của vật chất
với từ trường.
Do đó, ta có quan hệ: B = μ0(M + H) = μ0(1+χ).H hay B = μ0(1+1/χ).M
Đại lượng μ = 1+χ g ọi là độ từ thẩm (Magnetic permeability) hiệu dụng của vật
liệu (độ từ thẩm tuyệt đối là μ0(1+χ)), và thường chỉ gọi tắt là độ từ thẩm. Độ từ thẩm và
độ cảm từ có cùng ý nghĩa, có ý nghĩa chỉ khả năng phản ứng của vật chất dưới tác dụng
của trường ngoài. Bảng 1.1 liệt kê đơn vị của một số đại lượng.
Bảng 1.1. Đơn vị của một số đại lượng trong hệ SI (MKS Unit) và hệ Gauss (CGS).
Đại lượng
Hệ SI
Hệ số chuyển đổi
Hệ CGS
Độ dài
M
100
Cm
Khối lượng
Kg
1000
G
5
Lực

N
10
Dyn
7
Năng lượng
J
10
Erg
8
Từ thổng
Wb
10
Maxwell
4
Cảm ứng từ
T
10
G
Cường
độ
từ A/m
4pi/1000
Oe
trường
Độ từ hóa
A/m
1/1000
emu/cm3
2
Moomen từ

A/m
1000
Emu
3.3. Phân loại các vật liệu từ.
Bất cứ vật liệu nào có sự ảnh hưởng với từ trường ngoài (H), thể hiện bằng độ từ hóa ( từ
độ -M), tỷ số c=M/H được gọi là độ từ cảm. Tùy thuộc vào giá trị độ cảm từ có thể phân
ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu từ có c<0 (~ -10-6 ) được gọi là vật liệu
nghịch từ. Vật liệu có c>0 (~10-6 ) được gọi là vật liệu thuận từ. Vật liệu có c>0 với giá
trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ ferri từ [3].
3.1.1. Vật liệu nghịch từ (Diamagnetic materials)
Khi đặt một vật vào từ trường, theo quy tắc cảm ứng điện từ, trong nội tại của
nguyên tử sẽ sinh ra dòng cảm ứng theo quy tắc Lenz, tức là dòng sinh ra sẽ có xu thế
chống lại nguồn sinh ra nó (từ trường), và tạo ra một mômen từ phụ ngược với chiều của
từ trường ngoài. Đó là tính nghịch từ. Chất nghịch từ là chất không có mômen từ nguyên
tử (tức là mômen từ sinh ra do các điện tử bù trừ lẫn nhau), vì thế khi đặt một từ trường
ngoài vào, nó sẽ tạo ra các mômen từ ngược với từ trường ngoài [2]. Theo nguyên lý, vật
nghịch từ sẽ bị đẩy ra khỏi từ trường. Nhưng
thông thường, ta khó mà quan sát được hiệu ứng
này bởi tính nghịch từ là rất yếu (độ từ thẩm của
chất nghịch là nhỏ hơn và xấp xỉ 1 - độ cảm từ
âm và rất bé, tới cỡ 10-6). Các chất nghịch từ điển
hình là H2O, Si, Bi, Pb, Cu, Au...
Từ trễ là hiện tượng bất thuận nghịch giữa quá
trình từ hóa ( là quá trình thay đổi các tính chất từ
cấu trúc từ, mômen từ...của vật chất dưới tác
dụng của từ trường ngoài). Xét về mặt hiện
Hình 1.3. Đường cong từ trễ
tượng, từ hóa là sự thay đổi tính chất từ của vật
chất theo từ trường ngoài, xét về mặt bản chất, của màng mỏng sắt từ Co13 Cu887
đây là sự thay đổi các moomen từ nguyên tử. Khi

GVHD Hồ Hữu Hậu

8


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

đặt vào từ trường ngoài, các mômen từ nguyên tử có xu hướng bị quay đi theo từ trường
ngoài dẫn đến sự thay đổi về tính chất từ. Tùy theo sự hưởng ứng này mà có thể phân ra
nhiều loại vật liệu từ khác nhau.
Nghịch từ là bản chất cố hữu của mọi loại vật chất, ở đó, chất không có mômen từ
nguyên tử, và tạo ra một từ trường phụ ngược với chiều của từ trường ngoài theo xu
hướng của cảm ứng điện từ. Vì thế, chất nghịch từ có mômen từ âm và ngược với chiều
từ trường ngoài [3].
Ta biết rằng màng mỏng là một lớp rất mỏng phủ trên đế Si nghịch từ. Mômen từ
của Si sẽ âm và lớn dần trong từ trường, còn mômen từ của màng là dương và cũng tăng
dần. Trong từ trường nhỏ, tính sắt từ thắng thế nên ta thấy đường cong bình thường.
Nhưng khi từ trường lớn, mômen từ âm thắng thế, và đường cong ngày càng bị chúc mũi
xuống. Ví dụ về độ cảm từ (μ) của một số chất:
Cu: μ = -0,94.10-5 Pb: μ = -1,7.10-5
H2O: μ = -0,88.10-5 .
3.3.2. Chất thuận từ
Chất thuận từ là chất có mômen từ nguyên từ,nhưng
mômen từ này cũng rất nhỏ, có thể xem một cách đơn
giản các nguyên tử của chất thuận từ như các nam
châm nhỏ (xem hình 1.4), nhưng không liên kết được
với nhau (do khoảng cách giữa chúng xa và mômen

từ yếu) [3].
Thuận từ quá trình từ hóa ở chất thuận từ, chất có
mômen từ nguyên tử nhỏ và không liên kết, xảy ra Hình 1.4. Hình ảnh đơn giản về
đơn giản, các mômen từ nguyên tử sẽ quay theo từ chất thuận từ.
trường ngoài và tạo ra một từ trường phụ dương
(thắng thế hiệu ứng nghịch từ cố hữu). Vì thế, quá trình từ hóa chỉ đơn giản là sự tăng
tuyến tính của từ độ theo từ trường ngoài và đạt bão hòa khi từ trường rất lớn và nhiệt độ
rất thấp.
Khi đặt từ trường ngoài vào chất thuận
từ, các "nam châm" (mômen từ nguyên tử) sẽ có
xu hướng bị quay theo từ trường, vì thế mômen
từ của chất thuận từ là dương, tuy nhiên do mỗi
"nam châm" này có mômen từ rất bé, nên
mômen từ của chất thuận từ cũng rất nhỏ. Hơn
nữa, do các nam châm này không hề có tương
tác với nhau nên chúng không giữ được từ tính,
mà lập tức bị mất đi khi ngắt từ trường ngoài.
Như vậy, chất thuận từ về mặt nguyên lý cũng
bị hút vào từ trường (một hình ảnh ví dụ là Ôxy
lỏng bị hút vào cực của nam châm điện (hình Hình 1.5. Ôxy lỏng (chất thuận từ)
1.5). Các chất thuận từ điển hình là Al, Na, O2, bị hút vào cực của nam châm
Pt..., và độ cảm từ μ của 1 số chất thuận từ như điện.
sau:
Al: μ = 2,10.10-5
Pt: μ = 2,90.10-5
Ôxy lỏng: μ = 3,50.10-5
Trước đây, người ta thường coi các chất thuận từ và nghịch từ là các chất từ tính yếu, hay
phi từ, gần đây, các chất có tính chất giống thuận từ (siêu thuận từ) lại được nghiên cứu
ứng dụng mạnh, và không phải là từ tính kém.
GVHD Hồ Hữu Hậu

9


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

3.3.4. Vật liệu sắt từ và tính sắt từ.
Chất sắt từ được biết đến là chất có từ tính mạnh, tức là khả năng cảm ứng dưới từ trường
ngoài mạnh.Tính sắt từ dùng để chỉ thuộc tính (từ tính mạnh) của các chất sắt từ [2].
Chất sắt từ là một trong những vật liệu được sử dụng sớm nhất trong lịch sử loài người,
với việc sử dụng các đá nam châm làm la bàn hoặc làm các vật dụng hút sắt thép (thực
chất đó là các quặng Fe3O4) từ hơn 2000 năm trước (mà xuất phát là từ Trunh Hoa và Hy
Lạp cổ đại) [3].
Các chất sắt từ (ví dụ như sắt (Fe), côban (Co), niken (Ni), gađôli (Gd)... là các chất sắt từ
điển hình. Các chất này là các chất vốn có mômen từ nguyên tử lớn (ví dụ như sắt là 2,2
μB, Gd là 7 μB...) và nhờ tương tác trao đổi giữa các mômen từ này, mà chúng định hướng
song song với nhau theo từng vùng (gọi là các đômen từ tính. Mômen từ trong mỗi vùng
đó gọi là từ độ từ phát - có nghĩa là các chất sắt từ có từ tính nội tại ngay khi không có từ
trường ngoài. Đây là các nguồn gốc cơ bản tạo nên các tính chất của chất sắt từ.
Ở đây, vật liệu từ tính ngụ ý là vật liệu sắt từ, ferri từ hoặc siêu thuận từ. Ngoài độ cảm
từ, một số thông số khác cũng rất quan trọng trong việc xác định tính chất của vật liệu từ
ví dụ như: từ độ bão hòa (từ độ đạt cực đại tại từ trường lớn), từ dư ( từ độ còn dư sau khi
ngừng tác động của từ trường ngoài), lực kháng từ (từ trường ngoài cần thiết để một hệ,
sau khi đạt trạng thái bão hòa từ, bị khử từ).
Hiện tượng từ trễ: Là một đặc trưng dễ thấy nhất ở chất sắt từ. Khi từ hóa một khối
chất sắt từ các mômen từ sẽ có xu hướng sắp xếp trật tự theo hướng từ trường ngoài do
đó từ độ của mẫu tăng dần đến độ bão hòa khi từ trường đủ lớn (khi đó các mômen từ
hoàn toàn song song với nhau). Khi ngắt từ trường hoặc khử từ theo chiều ngược, do sự

liên kết giữa các mômen từ và các đômen từ, các mômen từ không lập tức bị quay trở lại
trạng thái hỗn độn như các chất thuận từ mà còn giữ được từ độ ở giá trị khác không. Có
nghĩa là đường cong đảo từ sẽ không khớp với đường cong từ hóa ban đầu, và nếu ta từ
hóa và khử từ theo một chu trình kín của từ trường ngoài, ta sẽ có một đường cong kín
gọi là đường cong từ trễ Có nhiều cơ chế khác nhau để tạo ra hiện tượng trễ như cơ chế
dịch chuyển vách, cơ chế quay moomen từ, cơ chế hãm sự phát triển của các mầm đảo
từ... Và trên đường cong từ trễ, ta sẽ có các đại lượng đặc trưng của chất sắt từ như sau:
 Từ độ bão hòa: Là từ độ đạt được trong trạng thái bão hòa từ, có nghĩa là tất cả
các mômen từ của chất sắt từ song song với nhau.
 Từ dư: Là giá trị từ độ khi từ trường được khử về 0.
 Lực kháng từ: Là từ trường ngoài cần thiết để khử mômen từ của mẫu về 0, hay là
giá trị để từ độ đổi chiều. Đôi khi lực kháng từ còn được gọi là trường đảo từ.
 Từ thẩm: Là một tham số đặc trưng cho khả năng phản ứng của các chất từ tính
dưới tác dụng của từ trường ngoài. Từ thẩm của các chất sắt từ có giá trị lớn hơn 1
rất nhiều, và phụ thuộc vào từ trường ngoài .
 Nhiệt độ Curie: Là nhiệt độ mà tại đó, chất bị mất từ tính. Ở dưới nhiệt độ Curie,
chất ở trạng thái sắt từ, ở trên nhiệt độ Curie, chất sẽ mang tính chất của chất thuận
từ. Nhiệt độ Curie là một tham số đặc trưng cho chất sắt từ, ví dụ như:
- Sắt: 1043 K
- Côban: 1388 K
- Niken: 627 K
- Gađôli: 292,5 K
- Dysproxium(Dy): 88 K
- MnBi: 630 K
- MnSb: 587 K
GVHD Hồ Hữu Hậu

10

Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

Dị hướng từ tinh thể: Là năng lượng liên quan đến sự định hướng của các mômen
từ và đối xứng tinh thể của vật liệu. Do tính dị hướng của cấu trúc tinh thể, sẽ có sự khác
nhau về khả năng từ hóa khi ta từ hóa theo các phương khác nhau, dẫn đến việc vật liệu
có phương dễ từ hóa, gọi là trục dễ (từ hóa) và phương khó từ hóa (gọi là trục khó). Năng
lượng dị hướng từ tinh thể là năng lượng cần thiết để quay mômen từ trục khó sang trục
dễ. Hằng số dị hướng từ tinh thể là các đại lượng đặc trưng cho các chất sắt từ.
Trong các vật liệu này, mômen từ nguyên tử lớn và có liên kết với nhau thông
qua tương tác trao đổi nên quá trình từ hóa trở nên rất phức tạp. Quá trình này phụ thuộc
vào nhiều yếu tố như cấu trúc từ, cấu trúc tinh thể cũng như sự đồng nhất của vật liệu.
Các quá trình từ hóa lúc này là sự thay đổi cấu trúc đômen của chất, và dẫn đến nhiều
loại chất khác nhau, ví dụ như vật liệu sắt từ mềm, vật liệu sắt từ cứng [1].
Khi được sử dụng như một động từ, từ hóa có nghĩa là làm thay đổi tính chất từ của chất
bằng từ trường ngoài. và đảo từ ở các vật liệu sắt từ do khả năng giữ lại từ tính của các
vật liệu sắt từ. Hiện tượng từ trễ là một đặc trưng quan trọng và dễ thấy nhất ở các
chất sắt từ.
Hiện tượng từ trễ được biểu hiện thông qua đường cong từ trễ (Từ độ - từ trường,
M(H) hay Cảm ứng từ - từ trường, B(H)), được mô tả như sau: sau khi từ hóa một vật sắt
từ đến một từ trường bất kỳ, nếu ta giảm dần từ
trường và quay lại theo chiều ngược, thì nó không
quay trở về đường cong từ hóa ban đầu nữa, mà đi
theo đường khác. Và nếu ta đảo từ theo một chu
trình kín (từ chiều này sang chiều kia), thì ta sẽ có
một đường cong kín gọi là đường cong từ trễ hay
chu trình từ trễ [1]. Tính chất từ trễ là một tính
chất nội tại đặc trưng của các vật liệu sắt từ, và
hiện tượng trễ biểu hiện khả năng từ tính của của

Hình 1.6. Hình ảnh các đômen từ
các chất sắt từ.
Nhưng nó khác biệt so với các chất thuận từ ở chỗ trên một mẫu hợp kim Ni80Fe20
các mômen từ này lớn hơn và có khả năng tương
tác với nhau (tương tác trao đổi sắt từ). Ta tưởng tượng tương tác này như là các nam
châm đứng gần nhau, chúng hút nhau và giữ cho nhau song song nhau. Tất nhiên, bản
chất vật lý của tương tác trao đổi không như thế, bản chất của tương tác trao đổi là tương
tác tĩnh điện đặc biệt. Tương tác này dẫn
đến việc hình thành trong lòng vật liệu các
vùng (gọi là các đômen từ) mà trong mỗi
đômen này, các mômen từ sắp xếp hoàn
toàn song song nhau (do tương tác trao
đổi), tạo thành từ độ tự phát (có nghĩa là
độ từ hóa tồn tại ngay cả khi không có từ
trường). Nếu không có từ trường, do năng
lượng nhiệt làm cho mômen từ của các
đômen trong toàn khối sẽ sắp xếp hỗn độn
do vậy tổng độ từ hóa của toàn khối vẫn
bằng 0 [1].
Nếu ta đặt từ trường ngoài vào vật liệu sẽ
Hình 1.7. Đường cong từ trễ (a) và nhiệt
có 2 hiện tượng xảy ra:
độ Curie của chất sắt từ(b).
- Sự lớn dần của các đômen có mômen từ
theo phương từ trường.
GVHD Hồ Hữu Hậu

11

Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

- Sự quay của các mômen từ theo hướng từ trường Khi tăng dần từ trường đến mức đủ
lớn, ta có hiện tượng bão hòa từ, lúc đó tất cả các mômen từ sắp xếp song song với nhau
và trong vật liệu chỉ có 1 đômen duy nhất.
Nếu ta ngắt từ trường, các mômen từ sẽ lại có xu hướng hỗn độn và lại tạo thành
các đômen, tuy nhiên, các đômen này vẫn còn tương tác với nhau (ta tưởng tượng hình
ảnh các nam châm hút nhau làm chúng không hỗn độn được) do vậy tổng mômen từ
trong toàn khối không thể bằng 0 mà bằng một giá trị khác 0, gọi là độ từ dư. Điều này
tạo thành hiện tượng trễ của vật liệu (xem hình vẽ).
Nếu muốn khử hoàn toàn mômen từ của vật liệu, ta cần đặt một từ trường ngược
sao cho mômen từ hoàn toàn bằng 0, gọi là lực khác từ. Đường cong từ hóa (sự phụ thuộc
của từ độ vào từ trường ngoài của chất sắt từ khác với chất thuận từ ở chỗ nó là đường
cong phi tuyến (của thuận từ là tuyến tính) và đạt tới bão hòa khi từ trường đủ lớn .
Hai đặc trưng cơ bản cần nhớ của chất sắt từ là (xem hình 1.7):
- Đường cong từ trễ (hysteresis loop).
- Và nhiệt độ Curie TC. Nhiệt độ Curie là nhiệt độ mà tại đó, chất bị mất trật tự từ, và khi
T>TC, chất trở thành thuận từ và khi Tđộ chuyển pha sắt từ-thuận từ TC là một thông số đặc trưng cho chất (thông số nội tại).
Ví dụ với một số chất có nhiệt độ Curie như dưới đây:Fe: 1043K, Co: 1388K,
Gd: 292.5K, Ni: 627K.
Mỗi chất sắt từ có khả năng "từ hóa" (tức là chịu biến đổi về từ tính dưới tác động của từ
trường ngoài) và khử từ (sự mất từ tính dưới tác dụng của từ trường ngoài ngược với nội
trường) khác nhau [2].Từ tính chất này, người ta lại phân chia chất sắt từ thành những
nhóm khác nhau, mà cơ bản có 2 nhóm chất sắt từ:
a) Sắt từ mềm
Sắt từ mềm, không phải là các chất mềm
về mặt cơ học, mà "mềm" về phương diện từ (tức

là dễ bị từ hóa và khử từ). Sắt từ mềm có đường
trễ hẹp (lực kháng từ rất bé, chỉ cỡ dưới 102 Oe)
nhưng lại có từ độ bão hòa rất cao, có độ từ thẩm
lớn, nhưng từ tính lại dễ dàng bị mất đi sau khi
ngắt từ trường ngoài [2]. Hình vẽ dưới đây so
sánh các chất từ mềm ở 2 phương diện là từ độ
bão hòa và độ từ thẩm.
Các chất từ mềm "truyền thống" đã biết là sắt
non, ferrite Mn,Zn,... Các chất sắt từ mềm được
sử dụng trong các lõi nam châm điện, lõi biến
thế, lõi dẫn từ ..., có nghĩa là sử dụng nó như vật
dụng trong từ trường ngoài. Do vậy, đặc trưng mà Hình 1.8.Hình ảnh so sánh các vật
người ta quan tâm đến nó là: tổn hao trễ và tổn hao liệu mềm ở tần số từ trường ngoài
1kHz.
xoáy:
- Tổn hao trễ sinh ra do sự mất mát năng lượng trong quá trình từ hóa, được tính
bằng diện tích của đường cong từ trễ. Do vậy, vật liệu sắt từ mềm "xịn" có đường trễ
càng hẹp càng tốt.
- Tổn hao xoáy: sinh ra do các dòng Foucalt sinh ra trong trường xoay chiều làm
nóng vật liệu, năng lượng này tỉ lệ thuận với bình phương tần số từ trường, tỉ lệ nghịch
với điện trở suất của vật liệu. Điều này lý giải tại sao dù có phẩm chất rất cao, những lõi
tôn Si chỉ có thể sử dụng trong từ trường tần số thấp (thường là 50-100Hz) do chúng có
điện trở suất rất thấp, trong khi các ferrite lại sử dụng được trong kỹ thuật cao tần và siêu
GVHD Hồ Hữu Hậu

12


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

cao tần dù có phẩm chất kém hơn nhiều (vì chúng là gốm, có điện trở suất rất lớn, làm
giảm tổn hao xoáy). Tuy nhiên, một loại vật liệu từ mềm mới đã khắc phục điều này (như
hình vẽ trên là các vật liệu từ nanocrystalline như Fe-Si-B-Nb-Cu...). Chúng là các vật
liệu có cấu trúc nano, có tính chất từ siêu mềm (có lực kháng từ cực nhỏ, độ từ thẩm rất
cao, từ độ bão hòa cao), đồng thời lại có điện trở suất rất lớn (dù là các băng nền kim
loại) do cấu trúc đặc biệt của nó nên có thể sử dụng ở các ứng dụng cao tần cỡ từ kHzMHz. Loại vật liệu này được phát hiện ở cuối thế kỷ 20, và đưọc coi là vật liệu từ mềm
tốt nhất hiện này, và là một chủ đề nghiên cứu mạnh của Trung tâm Khoa học Vật liệu,
ĐHKHTN và Viện Vật lý Kỹ thuật (ĐHBKHN) [2].
b) Vật liệu sắt từ cứng.
Cũng tương tự như sắt từ mềm, từ "cứng" trong cái tên của vật liệu này không phải do cơ
tính cứng của nó. Ngược với sắt từ mềm, sắt từ cứng là vật liệu khó từ hóa và cũng khó bị
khử từ (có nghĩa là từ tính có thể giữ được tốt dưới tác dụng của trường ngoài) [2]. Một
ví dụ đơn giản của vật liệu từ cứng là các nam châm vĩnh cửu. Vật liệu từ cứng có lực
kháng từ lớn (phải trên 102 Oe), nhưng chúng thường có từ độ bão hòa không cao. Tính
"cứng" của vật liệu từ cứng đến từ tính dị hướng từ, liên quan đến năng lượng từ có được
do tính đối xứng tinh thể của vật liệu. Tức là, thông thường các vật liệu từ cứng thường
có cấu trúc tinh thể có tính đối xứng kém (bất đối xứng) ví dụ như tứ giác, hay lục
giác[9]... Do khả năng giữ lại từ tính, nên vật liệu từ cứng được dùng làm vật liệu giữ
năng lượng (nam châm vĩnh cửu) và lưu trữ thông tin (ổ đĩa cứng, đĩa từ...). Nói đến khả
năng tích trữ năng lượng, ta phải nhắc đến một thông số của vật liệu từ cứng là tích năng
lượng từ (B.H)max (có đơn vị là đơn vị của mật độ năng lượng J/m 3), là năng lượng cực
đại có khả năng tồn trữ trong một đơn vị thể tích vật thể. Để có (BH)max lớn, cần có lực
kháng từ lớn, có từ độ cao và đường trễ càng lồi càng tốt. Đơn vị thường dùng của
(BH)max là GOe, 1 MGOe=8 kJ/m3. Các nam châm vĩnh cửu truyền thống được sử dụng
là ferrite từ cứng BaSr, hợp kim AlNiCo (khá đắt tiền).. Thế hệ nam châm vĩnh cửu mới
ra đời sau là các nam châm đất hiếm, mở đầu là các hợp chất RCo5 (như SmCo5..) và sau
đó là R2Fe14B (như Nd2Fe14B, Pr2Fe14B...), R thường ký hiệu để chỉ các nguyên tố đất
hiếm [9].

Bảng 1.2. Từ dư (Br), lực kháng từ (Hc) và tích năng lượng từ (BH)max của một số nam
châm.
Vật liệu
Br (T)
Hc(MA/m)
(BH)max(kJ/m3
Ferrite Sr
0.43
0.20
34
AlNiCo 5
1.27
0.05
44
AlNiCo 9
1.05
0.12
84
SmCo5
0.95
1.3
176
Sm2Co17
1.05
1.3
208
Sm2Co17
1.36
1.03
350

Nếu ta so sánh, có thể thấy nam châm vĩnh cửu R2Fe14 B là loại tốt nhất (Trung Quốc là
nước đứng đầu thế giới về thị phần nam châm đất hiếm với hơn 50% thị phần), nhưng thị
phần nam châm trên thế giới phân bố như sau:
- 54% là nam châm ferrite
- 32% Nd2Fe14B
- 14% là các loại khác Nam châm ferrite là các gốm ferrite từ cứng, có phẩm chất không
cao nhưng có ưu điểm là chế tạo rất đơn giản, giá thành rất thấp. Còn nam châm Nd-Fe-B
tuy phẩm chất rất tốt, nhưng lại có một số nhược điểm:
- Giá thành cao (do chứa nhiều đất hiếm là các nguyên tố đắt tiền)
GVHD Hồ Hữu Hậu

13


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

- Dễ bị ôxi hóa do các nguyên tố đất hiếm có hoạt tính rất mạnh. Nếu chúng ta bỏ một
nam châm đất hiếm ngoài không khí, chỉ một thời gian là chúng bị rã thành các bột. Nhiệt độ Curie thấp (3120C).
Trong thời gian gần đây, công nghệ nano phát triển, dẫn đến sự ra đời của một loại
nam châm từ cứng mới tổ hợp tính chất của 2 loại từ cứng và từ mềm, có thể khắc phục
các điểm yếu của nam châm tốt nhất (nam châm đất hiếm), có giá thành hạ và cho phẩm
chất cao hơn rất nhiều (như tính toán lý thuyết) nhưng chưa đạt được như dự đoán. Loại
nam châm này gọi là nam châm tổ hợp nano hay nam châm trao đổi đàn hồi.
3.3.5.Siêu thuận từ.
Một khái niệm cần biết trong sắt từ là "dị hướng từ tinh thể" K, đó là năng lượng định
hướng liên quan đến sự định hướng của các mômen từ so với từ trường. Mỗi chất sắt từ
có 1 trục dễ từ hóa và khó từ hóa [2]. Năng lượng để quay các mômen từ từ trục khó đến
trục dễ gọi là năng lượng dị hướng từ tinh thể, liên quan đến sự bất đối xứng về tinh thể

(hiểu một cách đơn giản nhất là năng lượng định hướng). Một vật sắt từ được cấu tạo bởi
một hệ các hạt (thể tích V), các hạt này tương tác và liên kết với nhau. Giả sử nếu ta giảm
dần kích thước các hạt thì năng lượng dị hướng KV giảm dần, nếu ta tiếp tục giảm thì
đến một lúc nào đó KV<< kT, năng lượng nhiệt sẽ thắng năng lượng định hướng và vật
sẽ mang hành vi của một chất thuận từ. Đó là siêu thuận từ. Các chất siêu thuận từ đang
được quan tâm nghiên cứu rất mạnh, dùng để chế tạo các chất lỏng từ (Magnetic Fluid)
dành cho các ứng dụng y sinh [2]. Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư và lực kháng từ
bằng không, và có hành vi như chất thuận từ, nhưng chúng lại nhạy với từ trường hơn, có
từ độ lớn như của chất sắt từ. Điều đó có nghĩa là, vật liệu sẽ phản ứng dưới tác động của
từ trường ngoài nhưng khi ngừng tác động của từ trường ngoài, vật liệu sẽ không còn từ
tính nữa, đây là một đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng y
sinh học. Hạt nanô từ tính dùng trong y sinh học cần phải thỏa mãn ba điều kiện sau: tính
đồng nhất của các hạt cao, từ độ bão hòa lớn và vật liệu có tính tương hợp sinh học
(không có độc tính) [3]. Tính đống nhất về kích thước và tính chất liên quan nhiều đến
phương pháp chế tạo còn từ độ bão hòa và tính tương hợp sinh học liên quan đến bản
chất của vật liệu. Trong tự nhiên, sắt (Fe) là vật liệu có từ độ bão hòa lớn nhất tại nhiệt độ
phòng, sắt không độc đối với cơ thể người và tính ổn định khi làm việc trong môi trường
không khí nên các vật liệu như ô-xít sắt được nghiên cứu rất nhiều để làm hạt nanô từ
tính [2].
Ở phần Sắt từ, ta đã biết rằng các chất sắt từ là các chất có mômen từ nguyên tử và
các mômen này tương tác với nhau thông qua tương tác trao đổi làm cho các mômen từ
định hướng song song với nhau. Đó là tương tác trao đổi dương [2].
Chất phản sắt từ thì ngược lại, chúng cũng có
mômen từ nguyên tử nhưng tương tác giữa các
mômen từ là tương tác trao đổi âm và làm cho
các mômen từ định hướng phản song song với
nhau (song song, cùng độ lớn nhưng ngược
chiều) như hình 1.9.
Sự định hướng phản song song này tạo ra 2 phân
mạng từ. Mn và Cr là 2 kim loại phản sắt từ điển

hình. Phản sắt từ là chất thuộc loại có trật tự từ.
Nghiên cứu về phản sắt từ thường được tiến hành
ở các màng mỏng (ví dụ các lớp kiểu bánh kẹp
sắt từ-phản sắt từ) tạo thành hiệu ứng đường trễ Hình 1.9. Định hướng của các
dịch, ứng dụng trong các đầu đọc valse-spin
mômen từ của chất phản sắt từ.
GVHD Hồ Hữu Hậu

14


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

trong đầu đọc của ổ đĩa cứng [2].
Để nghiên cứu cấu trúc từ, người ta dùng kỹ thuật nhiễu xạ neutron, hạt không mang điện
nhưng có mômen từ, các thông tin thu được qua sự phân tích về tương tác giữa mômen từ
của neutron với các phân mạng từ. Nếu như chất phản sắt từ có 2 phân mạng từ đối song
song và bù trừ nhau thì feri từ có cấu trúc gần giống như vậy. Feri từ cũng có 2 phân
mạng từ đối song song, nhưng không có độ lớn như nhau nên không bù trừ hoàn toàn. Do
vậy feri từ còn được gọi là các phản sắt từ bù trừ không hoàn toàn. Ferrite là các feri từ
điển hình. Chúng có hành vi gần giống với các chất sắt từ [2].
3.4.TÌM HIỂU VỀ NAM CHÂM.
3.4.1. Khái quát về nam châm.
Nam châm là các vật có khả năng hút vật bằng sắt hay thép non và đẩy các nam châm
cùng cực. Trong từ học, nam châm là một vật có khả năng sinh một lực dùng để hút hay
đẩy một từ vật hay một vật có độ cảm từ cao khi nằm gần nam châm. Lực phát sinh từ
nam châm gọi là từ lực.
Nam châm là một nguồn từ có hai cực: Bắc và Nam, và một từ trường tạo từ các đường

từ (đường sức) đi từ cực Bắc đến cực Nam. Các đường sức từ còn gọi là từ phổ. Các từ
phổ này gồm hai dạng: một là các đường sức từ song song nằm trong lõi dây, hai là các
đường cong từ cực Bắc sang cực Nam.
Có 2 loại nam châm: nam châm điện và nam châm vĩnh cửu:
3.4.1.1.Nam châm điện.
Nam châm điện là một dụng cụ tạo từ trường hay một nguồn sản sinh từ
trường hoạt động nhờ từ trường sinh ra bởi cuộn dây có dòng điện lớn chạy qua. Cảm
ứng từ của nam châm điện được dẫn và tạo thành lớn nhờ việc sử dụng một lõi dẫn từ
làm bằng vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn và cảm ứng từ bão hòa cao. Khác với nam
châm vĩnh cửu có cảm ứng từ cố định, nam châm điện có cảm ứng từ có thể thay đổi
được nhờ việc điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây [8].
Nam châm điện lần đầu tiên được phát minh bởi nhà điện học người Anh William
Sturgeon (1783-1850) vào năm 1825. Nam châm điện của Sturgeon là một lõi sắt non
hình móng ngựa có một số vòng dây điện cuốn quanh. Khi cho dòng điện sinh ra bởi một
pin nhỏ chạy qua, lõi sắt bị từ hóa và cảm ứng từ sinh ra đủ mạnh để hút lên được một
hộp sắt nặng 7 ounce. Khi ngắt dòng điện, từ trường của lõi cũng biến mất [9].
Nguyên lý của nam châm điện
Khi mắc một dây dẫn điện có nhiều vòng
quấn với nguồn điện, dòng điện sản sinh một điện
trường E trong các vòng quấn. Khi dòng điện đi qua
các vòng quấn, Biến đổi của điện trường trong các
vòng quấn sinh ra một từ trường B vuông góc với
điện trường E.
Từ trường của cuộn dây dẩn điện có tính chất
giống như từ trường của một nam châm cũng hút
hay đẩy một từ vật nằm trong từ trường của cuộn
dây.Khi ngắt dòng điện khỏi cuộn dây, từ trường
biến mất. Cuộn dây không còn có thể hút hay đẩy từ
vật. Vậy chỉ khi nào có dòng điện diện đi qua, cuộn
Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý của

dây mới trở một thành nam châm điện.Từ trường của
nam châm điện đầu tiên.
cuộn dây tùy thuộc vào số từ cảm cuộn dây và dòng
điện trong cuộn dây
B = LI
(1.9)
GVHD Hồ Hữu Hậu

15


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

Từ Cảm cuộn dây tỉ lệ thuận với chiều dài, số vòng quấn và tỉ lệ nghịch với diện tích của
cuộn dây.
Cuộn Dây
Một dây dẩn điện với vài vòng quấn
L = μN2 (l/A)
(1.10)
Vòng Dây
Một dòng tròn dẩn điện với nhiều vòng quấn
L = μN2 (l/A)
(1.11)
l: chu vi vòng tròn = 2  r
Nam châm điện gồm hai phần là cuộn dây tạo từ trường và lõi dẫn (khuếch đại) từ.
Chi tiết của từng loại nam châm điện có thể khác nhau nhưng đều theo nguyên lý chung
này.
Cuộn dây tạo từ trường

Thông thường, cuộn dây là cộn solenoid được cuốn nhiều vòng dây đều nhau.
Cường độ từ trường sinh ra trong ống dây được tính theo công thức:
H 

N .I
L

(1.12)

Với N,L,I lần lượt là số vòng dây, chiều dài cuộn dây và cường độ dòng điện chạy qua
cuộn dây.
Lõi dẫn từ
Lõi dẫn từ của nam châm điện là các vật liệu từ mềm và thông thường chúng phải thỏa
mãn các yêu cầu:
 Có độ từ thẩm lớn
 Cảm ứng từ bão hòa cao (để không giới hạn dải hoạt động của nam châm.
 Có tổn hao trễ nhỏ (lực kháng từ nhỏ) để không làm trễ quá trình thay đổi từ trường
của nam châm.
Khi có lõi dẫn từ, cảm ứng từ sinh ra tại bề mặt của cực nam châm điện sẽ được xác
định theo công thức:
N
B  . 0 H  . 0 I
(1.13)
L
với 0 là độ từ thẩm của chân không và độ từ thẩm tỉ đối của vật liệu dùng làm lõi dẫn
từ [9].
3.4.1.2.Nam châm vĩnh cửu.
Nam châm vĩnh cửu là các vật được cấu tạo từ các vật liệu từ cứng có khả năng
giữ từ tính không bị mất từ trường, được sử dụng như những nguồn tạo từ trường [10].
Nam châm vĩnh cửu là một loại nguyên vật liệu từ tính được ứng dụng rộng rãi

trong các ngành sản xuất chế tạo: chế biến thực phẩm, sản xuất máy phát điện, chế biến
thức ăn gia súc, chế tạo các máy nâng cẩu hàng hóa, dùng trong công nghiệp tàu thủy…
Các đặc trưng
Các đại lượng của nam châm vĩnh cửu xuất phát từ đường cong từ trễ, là các thông
số đặc trưng của các chất sắt từ nói chung và vật liệu từ cứng nói riêng và các thông số
được quan tâm chủ yếu gồm:
- Lực kháng từ: Lực kháng từ của nam châm vĩnh cửu phải đủ lớn để không bị khử từ bởi
các từ trường ngoài, khả năng lưu trữ từ trường của nam châm càng lớn khi lực kháng từ
càng lớn. Các nam châm vĩnh cửu phổ biến hiện nay có lực kháng từ từ 1000 Oe đến vài
chục ngàn Oe [10].
- Từ dư : Là giá trị từ độ khi từ trường được khử về 0.
GVHD Hồ Hữu Hậu

16


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

- Hệ số chữ nhật hay Độ vuông.
- Tích năng lượng từ cực đại: Nói lên khả năng lưu trữ năng lượng từ của nam châm vĩnh
cửu, là năng lượng lớn nhất có thể tồn trữ trong một đơn vị thể tích nam châm, được xác
định từ đường cong từ trễ. Muốn có tích năng lượng từ cực đại lớn, nam châm cần có lực
kháng từ lớn, từ dư cao và hệ số chữ nhật của đường cong từ trễ lớn [9].
- Nhiệt độ Curie: Là nhiệt độ mà tại đó các vật sắt từ bị mất từ tính và trở thành thuận từ.
Nhiệt độ Curie cho ta biết khả năng hoạt động của nam châm trong điều kiện nhiệt độ cao
hay thấp. Có những nam châm có nhiệt độ Curie khá thấp (ví dụ như nam châm
Nd2Fe14B có nhiệt độ Curie chỉ 3120 C), nhưng cũng có những loại nam châm có nhiệt độ
Curie rất cao (ví dụ hệ hợp chất SmCo có nhiệt độ Curie hàng ngàn độ, được sử dụng

trong động cơ phản lực có nhiệt độ cao).
Ngoài các tham số mang tính chất từ tính, các tham số khác cũng rất được quan
tâm đó là độ cứng, khả năng chống mài mòn, chống ôxi hóa, mật độ… Bên cạnh đó, hình
dạng nam châm cũng là một tham số rất quan trọng quyết định điểm làm việc của nam
châm do hình dạng nam châm quy định thừa số khử từ của vật từ, có tác động lớn đến
năng lượng từ của nam châm [9].
Phân loại theo vật liệu
 Ôxit sắt: Là loại nam châm vĩnh cửu đầu tiên của loài người được sử dụng dưới dạng
các “đá nam châm”, được sử dụng từ thời cổ đại, có ngay trong tự nhiên nhưng
khi khoa học kỹ thuật phát triển loại này không còn được sử dụng do từ tính rất
kém[9].
 Thép cácbon: Là loại nam vĩnh cửu được sử dụng từ thế kỷ 18 đến giữa thế kỷ 20 với
khả năng cho từ dư tới hơn 1 T, nhưng lực kháng từ rất thấp nên từ tính cũng dễ bị
mất[9]. Loại nam châm này hầu như không còn được sử dụng hiện nay.
- Nam châm AlNiCo:
Là loại nam châm được chế tạo từ vật liệu từ
cứng là hợp kim của nhôm, niken, côban và một số
các phụ gia khác như đồng, titan…, là loại nam
châm cho từ dư cao (tới 1,2-1,5 T) nhưng có lực
kháng từ chỉ xung quanh 1 kOe, đồng thời giá thành
cũng khá cao nên hiện nay tỉ lệ sử dụng ngày càng
giảm dần.
- Ferrite từ cứng: Là loại nam châm vĩnh cửu được
Hình 1.11. Nam châm Ainico
chế tạo từ các ferit từ cứng (ví dụ ferit Ba, Sr..) là các
vật liệu dạng gốm. Nam châm ferit có ưu điểm là rất
dễ chế tạo, gia công, giá thành rẻ và độ bền cao.Tuy
nhiên, vì đây là nhóm các vật liệu feri từ đồng thời
có hàm lượng ôxy cao nên có từ độ khá thấp, có lực
kháng từ từ 3 đến 6 kOe, có khả năng cho tích năng

lượng từ cực đại lớn nhất không quá 6 MGOe. Loại
nam châm này hiện nay chiếm tới hơn 50% thị
Hình 1.12. Nam châm Ferrite
phần sử dụng nam châm vĩnh cửu do những ưu điểm
cứng.
về giá thành cực rẻ, khả năng chế tạo, gia công và độ
bền.
– Ưu điểm: dễ sản xuất, nguyên vật liệu phổ biến nên giá thành thấp. Chính vì điều này
mà nam châm Ferrite được ứng dụng rộng rãi hơn.
– Nhược điểm: Dễ bị oxy hóa nên độ khử từ thấp, lực từ yếu và dễ vỡ (do nguyên liệu
dạng gốm).
GVHD Hồ Hữu Hậu

17


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

 Nam châm đất hiếm là loại nam châm vĩnh cửu được tạo ra từ các vật liệu từ cứng
là các hợp kim hoặc hợp chất của các kim loại đất hiếm và kim loại chuyển tiếp.
Có 2 dạng phổ biến:
a. Nam châm nhiệt độ cao SmCo:
Là hệ các nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ hợp chất ban đầu là SmCo5 được
phát minh năm 1966 bởi tiến sĩ Karl J. Strnat của U.S. Air Force Materials Laboratory
(Mỹ) có tích năng lượng từ cực đại 18 MGOe, sau đó Karl J. Strnat lại phát minh ra hợp
chất Sm2Co17có tích năng lượng từ tới 30 MGOe vào năm 1972. Hệ nam châm SmCo có
nhiệt độ Curie rất cao (có thể đạt tới 1100oC) và có lực kháng từ cực lớn (tới vài chục
kOe) nhờ cấu trúc dạng lá đặc biệt. Nhờ có nhiệt độ Curie cao và lực kháng từ lớn nên

được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao (ví dụ trong động cơ phản lực…) [9].
b. Nam châm NdFeB
Là hệ các nam châm dựa trên hợp chất R2Fe14B (R là ký hiệu chỉ các nguyên tố đất
hiếm ví dụ như Nd, Pr…) có cấu trúc tinh thể kiểu
tứ giác với lực kháng từ lớn (hơn 10 kOe) và từ
độ bão hòa rất cao (tới 1,56 T) nên là loại nam
châm vĩnh cửu mạnh nhất hiện nay với khả năng
cho tích năng lượng từ tới 64 MGOe (tính toán
theo lý thuyết) và hiện nay đã xuất hiện loại nam
châm Nd2Fe14B có tích năng lượng từ 57 MGOe
[10]. Tuy nhiên, loại nam châm này lại không thể
sử dụng ở nhiệt độ cao do có nhiệt độ Curie chỉ
Hình 1.13. Nam châm NdFeB
312oC. Nam châm Nd2Fe14B lần đầu tiên được
phát minh năm 1983 bởi R. Sagawa (Nhật Bản).
- Ưu điểm: Lực từ mạnh và tập trung bề mặt. Có độ khử từ cao nên không bị mất đi lực
từ theo thời gian.
- Nhược điểm: nguyên liệu hiếm dẫn đến giá thành cao. Đường suất từ ngắn nên chỉ hút
các vật từ tính ở cự ly gần.
- Nam châm tổ hợp nano: Là loại nam châm mới ra đời từ đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20,
là loại nam châm có cấu trúc tổ hợp của 2 pha từ cứng và từ mềm ở kích thước nanomet.
Các pha từ cứng (chiếm tỉ phần thấp) cung cấp lực kháng từ lớn, pha từ mềm cung cấp từ
độ lớn. Tính chất tổ hợp này có được là nhờ liên kết trao đổi đàn hồi giữa các hạt pha từ
cứng và từ mềm ở kích thước nanomet. Loại nam châm này được tính toán có khả năng
cho tích năng lượng từ khổng lồ hơn 3 lần so với nam châm mạnh nhất hiện nay là
NdFeB nhưng thực nghiệm mới chỉ đạt được rất nhỏ so với lý thuyết và các sản phẩm
thực nghiệm mới trong giai đoạn sản xuất thử nghiệm [9].
Phân loại theo phương pháp chế tạo
- Nam châm đẳng hướng : Là nam châm vĩnh cửu được chế tạo bằng cách ép đẳng tĩnh
mà không sử dụng các phương pháp định hướng ban đầu (từ trường…).

- Nam châm dị hướng: Là nam châm được định hướng trong quá trình ép đẳng tĩnh
bằng từ trường. Khi đó, các hạt đơn đômen trong vật liệu sẽ bị định hướng theo chiều
từ trường, tạo nên khả năng dễ dàng từ hóa theo phương định hướng.
- Nam châm kết dính: Là các nam châm được chế tạo bằng cách nghiền thành bột mịn,
sau đó trộn với keo kết dính (ví dụ epoxy) và ép trong từ trường định hướng. Các keo
vừa có tác dụng kết dính, lại vừa có tác dụng đông cứng sự định hướng của các hạt
[10].

GVHD Hồ Hữu Hậu

18


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

- Nam châm thiêu kết: Là nam châm được chế tạo bằng cách thiêu kết các bột kim loại
được nghiền mịn và ép khuôn. Việc thiêu kết nhằm tạo ra hợp chất có thành phần hợp
phức xác định với tính chất từ của hợp chất đó.
Thị trường nam châm vĩnh cửu Việt Nam
Phần lớn các công ty ở Việt Nam nhập nguyên vật liệu từ nước ngoài về và thương mại.
Một số ít sản xuất được nam châm vĩnh cửu và tập trung tại các thành phố lớn như: Hồ
Chí Minh, Hà Nội. Gần đây, một tin vui cho ngành công nghiệp khai thác khoáng sản,
than trên cả nước giờ đây không còn phải chịu
cảnh nhập công nghệ máy tuyến từ nước ngoài với
cái giá cắt cổ. Bởi các nhà khoa học Viện vật liệu
đã nghiên cứu và chế tạo được máy tuyển từ trên
cơ sở ứng dụng vật liệu nam châm đất hiếm
NdFeB bảo đảm chất lượng với giá thành chỉ bằng

20-25% giá nhập ngoại [10].
3.4.2. Sự ra đời của nam châm và ứng dụng.
Nam châm ra đời từ rất lâu do một người chăn
cừu tên là Magnes phát hiện. Đá nam châm có lực
Hình 1.14. Máy tuyển từ.
từ có thể hút các vật bằng sắt và có khả năng
nhiễm từ các vật bằng sắt khác, nghĩa là chà sắt
lên nam châm, thì sắt cũng có khả năng hút các vật
bằng sắt khác [11].
Thời xa xưa, người ta đã biết ứng dụng nam
châm vào làm la bàn định hướng khi phát hiện ra
khi treo một thanh sắt nam châm thì nó luôn quay
về hướng bắc. Các tính chất của nam châm cũng
lần lượt được phát hiện ngày càng nhiều hơn như
Hình 1.15. Nam châm
hai thanh nam châm cùng cực thì đẩy nhau, khác
cực thì hút nhau, từ đó các nghiên cứu về lực từ ngày càng mở rộng và phổ biến hơn [11].
Một phát hiện quan trọng cho ra đời nam châm điện là sự phát hiện ra dây điện cũng có
từ trường khi có dòng điện chạy qua , và khi cho lõi sắt non vào giữa vòng dây thì có từ
tính, phát hiện nay tạo ra nhiều ứng dụng cho con người hiện nay trong công nghiệp và
đời sống.
Nam châm vĩnh cửu và nam châm điện đã được phát hiện và sử dụng khá nhiều
trong cuốc sống của con người từ các ứng dụng
đời sống như chuông báo, máy phát điện, động cơ
điện…đến các ứng dụng trong công nghiệp như
máy nâng điện, máy lọc từ, máy tuyển từ….và cả
trong y học.Khi nói đến ứng dụng của nam châm
trong y học, nhiều người tỏ vẻ không tin tưởng
nhưng đây là những gì mà các nhà khoa học Hàn
Quốc đang nghiên cứu và có những khởi đầu khá

là khả quan. Ý tưởng cho cuộc nghiên cứu này là
sử dụng từ trường nam châm để kích hoạt các
Hình 1.16. Ứng dụng từ trường nam
tế bào ung thư tự sát [12]. Các nghiên cứu trên
châm trong chữa bệnh ung thư
đã thành công với các tế bào ung thư ruột lẫn
trong bể cá. Thông thường các tế bào trên cơ thể
được thiết lập một quá trình tự chết(tức Apotosis), Khi tế bào bị bệnh hay lỗi, cơ thể sẽ
GVHD Hồ Hữu Hậu

19


Tìm hiểu ứng dụng của từ trường trong vật lý trị liệu

SVTH: Lý Thị Thanh Huyền

gửi tín hiệu đến cho tế bào , kích hoạt chế độ tự sát. Trên tế bào ung thư, quá trình này
không tự xảy ra được nên tế bào phân chia rất nhanh, không kiểm soát được. Liệu pháp
từ trường sẽ giúp làm kích hoạt chế độ này của tế bào [11].
Nam châm và ứng dụng của nam châm đã trở thành đề tài nghiên cứu của nhiều nhà khoa
học thời bấy giờ và một trong những phát minh quan trọng nhất là phát minh ra điện từ,
phát minh này mang lại nhiều ứng dụng như chế tạo máy phát điện, chuông báo động,
máy nâng điện, động cơ điện…
Kết luận: ở chương 1, tôi đã tìm hiểu :
- Khái quát về từ trường: lịch sử, khái niệm từ trường, đơn vị và đo lường, đường sức từ
và từ thông,
- Sơ lược về vật liệu từ và cách phân loại vật liệu từ: nguồn gốc của vật liệu từ, phân loại
vật liệu từ thành chất thuận từ, chất nghịch từ, vật liệu sắt từ và siêu thuận từ.
- Nam châm và phân loại về nam châm và những loại nam châm được ứng dụng trong

việc chữa bệnh: nam châm được chia làm 2 loại nam châm điện và nam châm vĩnh cữu.

GVHD Hồ Hữu Hậu

20