DO TINH CHAT TU CUA VAT LIEU

Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

LI CM N
Để hoàn thành bài tập chuyên ngành này tôi đà nhận đợc sự hớng dẫn tận tình chu đáo của thầy giáo Lu Tiến Hng
và sự động viên góp ý chân tình của ngời thân và bạn bè
Mặc dù đà rất cố gắng để hoàn thành xong vì thời
gian và trình độ có hạn nên bài tập này khó có thể tránh
khỏi sai sót.Vì vậy rất mong đợc sự thông cảm của góp ý
của thầy cô
Tháng 5.2011
Đinh Thị Thu Hiên

ti : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

1


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

Lý do chän ®Ị tài
Trong cuộc cách mạng về khoa học và công nghệ hiện
nay các ngành liên quan đến vật lý chất rắn đà và đang
đóng góp một vai trò rất quan trọng .Trong đó các vật lý từ
đợc phát hiện cách đây hàng nghìn năm với các tính chất lý
thú của nó và là một trong những mũi nhọnquan trọng.nó là
đối tợng đợc con ngời quan tâmtìm hiểu nghiên cứu và đa
vàp ứng dụng trong nhiều ngành nh : công ngiệp điện tử
,công nghệ thông tin ,công nghệ chế tạo.
Thực tế ta thấy đợc rất nhiều trang bị máy móc phục vụ
cuộc sống hàng ngày đà sử dụng vật liệu từ nh :máy biến thế
,loa phát thanh ,ti viRồi đến các trang thiết bị máy móc

hiện đại phục vụ nghiên cứu khoa hoc cịng nh c¸c lÜnh vùc
kh¸c nh :y häc ,sinh học..cũng sử dụng chúng một cách linh
hoạt.
Vì vậy,khi nghiên cứu các tính chất từ và phơng pháp
đo tính chất từ của vật liệu là những kiến thức cơ bản cần
thiết ®Ĩ bíc ®Çu tiÕp cËn víi vËt liƯu tõ.
Víi lý do trên tôi chọn đề tài là các phơng pháp ®o
tÝnh chÊt tõ cđa vËt liƯu’’
Mơc ®Ých cđa bµi tËp chuyên ngành này là đi nghiên
cứu phơng pháp đo các tÝnh chÊt tõ cđa vËt liƯu.
Néi dung cđa bµi tËp chuyên ngành ngoài phần mở đầu,
phần kết luận còn lại đợc trình bày trong 3 chơng
Chơng I :Một số khái niệm
Chơng II: Các phng pháp o
Mặc dù đà có nhiều cố gắng với mong muốn có đợc một
bài tập tốt đạt chất lợng xong do trình độ hạn chế nên kh«ng

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

2


Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

tránh đợc sai sót rất mong sẽ nhận đợc sự đóng góp ý kiến
của các thầy cô và các bạn để bài tập đạt chất lợng tốt hơn

ti : Cỏc phng phỏp o tính chất từ của vật liệu

3

Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

Nội dung các chơng
Chơng I : Mét sè kh¸i niƯm
1.1.Ngn gèc tõ cđa vËt liệu
1.2.Một số đại lợng vật lý đặc trng cho vật liÖu tõ
1.2.1.Tõ trêng
1.2.2.Độ từ hãa ,độ cảm từ ,độ thẩm từ , cảm ứng từ
1.2.3.từ độ b·o hßa , Từ độ dư , độ từ thẩm tương đối
1.2.4. §êng cong tõ hãa
1.2.5.Hiệu ứng từ điện trở , nhiệt độ Curie ,d hng t tinh
th
1.3. Phân loại vật liệu từ
1.3.1. Vật liệu nghịch từ
1.3.2. Vật liệu thuận từ
1.3.3. Vật liệu sắt từ
1.3.4. Vật liệu phản sắt từ
1.3.5. Vật liệu Ferit từ
1.4.Vt liệu từ ứng dụng
1.4.1.Vật liệu từ cứng
1.4.2.Vật liệu từ mềm
Chương II :Các phương ph¸p đo tÝnh chất từ của vật liu
2.1. Nguyên tc chung
2.2.Các phng pháp o
2.2.1.H o git mu
2.2.1.1. Sơ đồ nguyªn lý
2.2.1.2. Nguyªn lý phÐp đo
2.2.2. Hệ đo từ kế mẫu rung VSM

2.2.2.1.Cấu tạo và nguyªn tắc đo
2.2.2.2. Nguyên lý phép o
2.2.3. Cân Farday
2.2.3.1. S nguyên lý

tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

4


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

2.2.3.2.Nguyªn lý phÐp đo

CHƯƠNG I : MỘT SỐ KHÁI NIỆM
1.1. Nguån gèc tõ tÝnh của vật liệu
Nguyên nhân chủ yếu gây nên từ tính của vật liệu là
do các hạt mang điện (hay điện tích) luôn luôn chuyển
động theo quỹ đạo kín tạo nên.Vì chuyển động quay đợc
mô tả bởi momen quay nên có thể nói rằng từ tính gắn liền
với mômen.
Khi hạt chuyển động quay là điện tích thì ngoài
momen quay thông thờng còn có thêm momen từ.
Nh vậy , từ tính đợc sinh ra từ 2 loại chuyển động quay
của hạt mang điện bất kì nói chung và điện tích nói
riêng.Đó là :
+ Quay quanh 1 hạt khác ,hiện tợng này thờng đợc gọi là
chuyển động quỹ đạo
+ Tự quay quanh trục của mình ,hiện tợng này đợc gọi
là chuyển động spin

Nếu chỉ xét riêng về từ tính của vật liệu thì ta có
thêm các nhận định sau:
+ Từ tính của các vật liệu nói chung đợc quy định chủ
yếu bởi chuyển động quay của các điện tử nằm trong vật
liệu .nguyên nhân của điều này là do tuy các vật liệu nói
chung bao giờ cấu tạo từ các nguyên tử ( hoặc phân tử ).Mà
theo mô hìng nguyên tử Bohr nguyên tử bao gồm các điện
tử quay xung quanh các hạt nhân và các hạt nhân này cũng
có chuyển động quay nên cũng có từ tính của điện tử.nhng
từ tính của chúng quá nhỏ so với từ tính của điện tử.
tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

5


Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

+ Nếu các nguyên tử hoặc phân tử cấu tạo nên vật liệu
tuơng đối độc lập với nhau thì các tính chất từ của các vật
liệu chủ yếu đợc quy định bởi từ tính của nguyên tử hoặc
phân tử cấu tạo nên chúng ,phần lớn các trờng hợp khi các
nguyên tử liên kết với nhau để tạo nên vật liệu và nhất là
trong các chất rắn (khi tơng tác giữa các nguyên tử là mạnh )
các điện tử hầu nh không còn chuyển động quỹ đạo .Do
đó phần lớn từ tính của vật liệu chủ yếu đợc quy định bởi
chuyển đông spin của điện tử
Nh ta đà biết ,điện tử có thể đợc coi là hạt cơ bản chịu
trách nhiệm về các tính chất điện của các vật liệu.Vậy ,nếu
bây giờ đặt ra câu hỏi: Có hạt từ cơ bản tức là có 1 hạt nào
đó có thể chịu trách nhiệm về các tính chất của các vật

liệu không? câu trả lời là có ,và trong phần lớn các trờng hợp
đó vẫn chính là các điện tử nhng nhấn mạnh vào tính chất
spin của nó.
+ Khái niêm spin chỉ có cơ học lợng tử mới có nên có thể
coi rằng từ tính là một tính chất hoàn toàn lợng tử , không
thể giải thích từ tinh bằng lý thuyết cổ điển.Hoặc nói cách
khác khi hăng số Planck h -> 0 thì từ tính biến mất. Chính
vì vậy mà tuy từ rất xa xa con ngời đà biết đến các hiện tợng từ điển hình là nam châm ,kim la bàn .Nhng phải đến
khi vật lý lợng tử ra đời ngời ta mới giải thích đợc các hiện tợng này.
Để hiểu 1 cách thấu đáo về các tính chất từ và các tơng tác từ của vật liệu với từ trờng ngoài chúng ta nhắc lại
khái niệm từ trờng
1.2.Mt s i lng c trng cho vật liệu từ

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

6


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

1.2.1.Tõ trêng
Tõ trêng lµ môi trờng vật chất đặc biệt sinh ra quanh
các điện tích chuyển động hoặc do sự biến thiên của điện
trờng hoặc có nguồn gốc từ các momen lỡng cực từ
Hoặc có thể nói : Từ trờng là dạng vật chất tồn tại xung
quanh các hạt mang điện chuyển động .Nó là một đại lợng
vecto .tính chất cơ bản của từ trờng là từ trờng tác dụng lực
từ lên dòng điện ,lên nam châm và các vật liệu bị nhiễm từ.
Từ trờng đều là từ trờng đợc sinh ra trong một ống dây
hình trụ gồm N vòng dây quấn lên nhau với chiều dài L và tải

dòng điện với cờng độ I
Xét về bản chất từ trường và điện trường là các biểu hiện riêng rẽ của
một trường thống nhất là điện từ trường .Biểu thức x¸c định từ
trường của một số dịng điện có dạng đơn giản như : Từ trường
tạo bởi lưỡng cực từ cã cường độ là m và c¸ch nhau 1 khoảng là r
H = (hệ CGS )

(1.1)

Hay từ trường tạo bởi phần tử dßng điện idl ti 1 im A
cách dây dn 1 khong r có dng :
dH =( idl r)/ r

(1.2)

Còn i vi dây dn thng di vô hn có dòng in I chy
qua .T trường cã cường độ :
H=

(1.3)

Trong cuộn d©y solenoit cã độ dài lớn hơn rất nhiều lần độ
dài đường kÝnh ,từ trường ở t©m là :
H = ni

(1.4)

Với n là số vòng dây
i l cng dòng in trong cun dây
n vị của từ trường là

( hệ SI ) hoặc Oe (hệ CGS )

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

7


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

1 = 4 .10 Oe
Độ lớn của từ trờng đợc xác định :
H=

(1.5)

R :Bán kính ống dây
Đơn vị đo của từ trờng H trong hệ CGS là 1 A/m = 4
Oe
Lực từ tác dụng lên một đoạn dây mang dòng điện
đặt trong từ trờng đều có phơng vuông góc với mặt phẳng
chứa đoạn dây dẫn và vecto cảm ứng từ chiều của lực từ đợc
xác định bằng quy tắc bàn tay trái
Lực từ đợc xác định bằng công thức :
F = IBl sin

(1.6 )

B : là cảm ứng từ của từ trờng

: Là góc hợp bởi dây dẫn và cảm ứng từ của từ trêng

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

8


Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

1.2.2..Độ cảm ứng từ , độ thẩm từ ,cảm ứng từ ,độ
từ hóa
Để đặc trng cho tõ tÝnh cđa c¸ vËt liƯu ,ngêi ta thờng
dùng các đại lợng : .Độ cảm ứng từ , độ thẩm từ ,cảm ứng
từ ,độ từ hóa
a.

Độ cảm ứng từ hay còn gọi là hệ số từ hóa đựoc kí

hiệu là khampha có đơn vị là H/m (Henry /met)độ cảm ứng
từ không có thứ nguyên và đợc xác định theo biểu thức :
=

(1.7)

Độ thẩm từ đợc khí hiệu là

là tính chất riêng của

môi trờng .nó kghông có thứ nguyên trong hệ đơn vị CGS

,trong hệ SI thì có đơn vị là Wb/A.m
1 Wb/A.m = 1 H/m
Ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa

và



theo

công thức :
= 1+ 4χ = χ + 
b.

(1.8)

§Ĩ thn tiƯn cho viƯc mô tả các tính chất từ của

vật liệu ,trong hệ SI ngời ta còn đa ra khái niêm độ thẩm từ
tơng đối ,là tỉ số giữa độ thẩm từ trong vật liệu và độ
thẩm từ

trong chân không. Công thức :
=

c. đây

không có đơn vị xem nh một thông số

xác ®Þnh møc ®é tõ hãa cđa vËt liƯu .Do trong hệ CGS

bằng 1 nên không có khái niệm độ thẩm từ tơng đối.
e.Cảm ứng từ hay mật độ từ thông B biểu thị từ trờng
bên trong chất chịu tác dụng của từ trờng ngoài H.Nó là đại lợng vecto trong hÖ SI ta cã
B=I+H

( 1.10 )

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

9


Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

Đơn vị của B lµ T (tecla ) 1T = 1 Wb.m
Trong hƯ CGS
B =

4 I + H

(1.11 )
Và có đơn vị là G ( Gaus ) 1 Wb.m

= `10 G

Cả B và H đều là các trờng vecto nên chúng không chỉ
đợc đặc trng bởi giá trị mà còn bởi hớng trong không gian
.Hệ thức liên hệ giữa chúng
B= H

(1.1 )

f.Độ từ hóa hay còn gọi là độ nhiễm từ đựoc kí hiệu là I
Đó là momen từ của vật liệu từ trên 1 đơn vị thể tích
I=H

(1.13 )

Trong hệ SI ,độ nhiệm từ có đơn vị Wb/mm
1 = .10 G = 7,96 . 10

G ( CGS )

Ta cã thÓ hiÓu nguån gốc cđa momen tõ nh sau : C¸c
tÝch chÊt tõ cđa vật liệu gắn với momen từ của các điện tử
và mỗi điện tử của mỗi điện tử của mỗi nguyên tử đều có
momen từ gắn với 2 nguồn gốc
Mỗi diện tử chuyển động xung quanh hạt khác nh điện
tử chuyển động xung quanh hạt nhân gọi là chuyển động
quỹ đạo
Do
ớng

chuyển động này là
doc

Hình

xuất hiện momen từ h-

theo trục quỹ đạo
vẽ

tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

10


Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

Hinh 1.1
Mặt khác mỗi điện tử còn có chuyển động riêng đó là
chuyển động quanh trục của mình. 1b đợc gọi là chuyển
động spin
Khi ®ã 1 momen tõ xt hiƯn b¾t ngn tõ spin điện
tử đợc gọi là momen từ spin, momen từ spin điện tử có thể
nhận 2 giá trị tơng ứng với 2 chiều dịch hớng đói song :Hớng
lên trên và hớng xuống


.Mối quan hệ của các hệ đơn vị đo từ

Có 2 hệ đơn vị là SI (hệ dơn vị quốc tế ) và hệ CGS
đợc sử dụng rộng rÃi .Hiên nay hƯ SI dïng nhiỊu trong kÜ tht
,hƯ CGS thêng đợc dùng trong tài liệu có tính chất cơ bản
- Víi hƯ SI : B =  (H + I )
Trong ®ã B tecla T
[H,I]

Ampe /met ( A/m )

1.2.3.Từ b·o hãa , từ độ dư , độ từ thẩm tương i
a)T d l giá tr t cần gi được khi ngắt từ trường
ngoài ( H = 0).Từ độ dư kh«ng phải là th«ng số mang tÝnh chất
nội tại của vật liệu mà chỉ là th«ng số dẫn suất phụ thuộc vào c¸c
phương từ hãa , hướng dẫn vật liệu từ …

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

11


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

b)Từ độ b·o hßa :là gi¸ trị từ độ đạt được khi vật liệu từ được
từ hóa đến từ trường đủ lớn sao cho vật liệu ở từ trường b·o hßa
từ cã nghĩa là c¸c momen từ hồn tồn song song với nhau.
c)Độ từ thẩm tương đối được định nghĩa
=

=1+χ

là đại lượng kh«ng cã thứ nguyªn.
1.2.4. Đường cong từ hãa
Đặc trưng cho tÝnh chất của vật liệu từ ta cã đường cong từ
hãa B = f (H) biểu thị mối quan hệ giữa độ cảm ứng từ và cường
độ từ trường H
Khi độ cảm ứng từ và cường độ từ trường H trong cuộn dây
thay

i vi s gia l B v H thì s gia ca t thm l s

tr nên quan trng
Hình vẽ

Hinh 1.2 :Sự phụ thuộc của B vào H
Điều cần bit ây l ta mun t c mt giá trị độ từ
thẩm lớn nhất khi độ cảm ứng từ B là lớn nhất và H cã thể nhỏ
Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

12


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

nhất.Một quan hệ quan trng l các giá tr bin thiên ca B v
H .Độ nghiªng của đường cong từ hãa tại một điểm bất k× được
gọi là gia lượng từ thẩm ∆ = .độ gia từ thẩm quan trọng trong
ứng dụng mà ở đã yªu cầu sự biến thiªn rất nhỏ của cường độ từ
trường H và sự thay đổi của cảm ứng từ B
 Hiện tượng trễ

Đường cong từ hãa từ hãa biểu thị mối quan hệ giữa B và H
của vật liệu từ khi đặt nã trong từ trưong

Hinh 1.3 : Đường cong từ trễ
B :Cảm ứng từ b·o hßa
B : Cảm ứng từ dư
H : Lực kh¸ng từ : là giá tr t trng ngc cn t vo
trit tiêu t hóa. Lc kháng t không phi l thông số nội tại

của vật liệu mà là th«ng số ngoại giống như từ độ dư.

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

13


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

Tinh chất từ trễ là một tinh chất nội tại đặc trưng của c¸c vật
liệu cã từ tÝnh mạnh nãi chung và hiện tượng tÝch trữ năng
lượng từ.
1.2.̀̀5̀. Hiệu ứng từ điện trở , Nhiệt độ Curie , Dị hướng
từ tinh thể
a ) HiÖu ứng từ điện trở hay từ trở là tÝnh chất của một số
vật liệu mà ở đố cã thể thay ®ỉi trở suất dưới t¸c dụng của từ
trường ngồi.
b ) Nhiệt độ Curie là nhiệt độ mà tại ®ã chất bị mất từ tÝnh
c ) Dị hướng từ tinh thể l nng lng liên quan n s ịnh
hng ca các momen từ và đối xứng tinh thể của vật liệu.Do
tÝnh dị hướng của cấu tróc từ tinh thể sẽ cã sự kh¸c nhau về khả
năng từ hãa khi ta từ hãa theo c¸c phương kh¸c nhau dẫn đến
việc vật liệu cã phương dễ từ hãa , gọi là trục dễ và phương khử từ
hãa gọi là trục khử.Năng lượng dị hướng từ tinh thể là năng lượng
cần thiết để quay momen từ trơc khử sang trục dễ
1.3. Ph©n loại vật liệu từ
Dựa vào dấu độ lớn của hệ số từ hãa và sự phụ thuộc của từ
trường H vào nhiệt T ca vt liu t.Ngi ta phân chia các
vt liệu từ thành c¸c loại sau:
1.3.1. C¸c chất nghịch từ

Khi không có t trng ngoi tác dng cht nghch t
không cã momen từ.Khi cã từ trường ngồi t¸c dụng , momen
từ của chất nghịch từ dịch hướng ngược với hướng của từ trường
ngồi.Do đã độ cảm ứng từ cã gi¸ tr âm v có ln nh.
Các giá tr trên u o nhit phòng v ít (hoc không )
thay đổi theo nhiệt độ.Chất siªu dẫn được gọi là chất nghịch từ lý
tưởng ( hay chÊt nghịch từ mạnh)

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

14


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

Víi độ từ hãa ©m và gi¸ trị lớn gấp nhiều lần so với các
cht nghch t khác.Tt c nguyên t trong bng h thng tun
hon các nguyên t hóa hc u có tinh cht nghch t.Do hiu
ng nghch t ca các nguyên t qu¸ nhỏ và bị c¸c hiệu ứng
kh¸c chiếm ưu thế hn nên khó phát hin

Hinh 1.4: S ph thuc ca hệ số từ hóa vào nhiệt độ
1.3.2.C¸c chất thuận từ
C¸ c cht thun t thng cha các nguyên t phân t có
momen t nht nh.Tuy nhiên các momen t ny lại tồn tại độc
lập định hướng hỗn loạn nªn từ độ tổng cộng bằng 0.Khi c t¸c
động của từ trường ngồi c¸c momen từ định hướng theo hướng
của từ trường ngoài nên tổng momen từ tăng len và tỷ lệ với
cường độ từ trường ngoài.Hệ số từ hãa của chất thun t l dng
nhng cú giá tr nh.

Nhiu nguyên t thuộc nhãm kim loại chuyển tiếp trong
bảng hệ thống tuần hon các nguyên t có tính cht thun t.

ti : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

15


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

a.

b.
Hình vẽ 1.5.a)Sự sắp xếp momen từ trong vật liệu

thuận từ
b)Đường từ hãa của chất thuận từ
1.3.3.C¸c chất sắt từ
C¸c chất sắt từ là c¸c chất c¸c momen từ tự ph¸t ở dưới một
nhiệt độ đặc trưng cho từng chất gọi là nhiệt độ Curie (Tc) .Sở dĩ
cã trật tự từ là do tương tác ni ti gia các momen t ca các
nguyên t có momen t khác 0.Trong bng tun hon các
nguyên t cã 3 nguyªn tố là Fe ,Co ,Ni thuộc nhãm kim loại
chuyển tiếp 4f là cã trật tự từ tự phát ở trên nhiệt độ phòng và ở
nhiệt độ phòng.Những nguyên t chuyn tip khác ca nhóm 4f
có nhit trật tự từ ở dưới nhiệt độ phßng.

Hinh vẽ 1.6.a) Sự sắp xếp momen từ

trong vật liệu sắt

từ khi T< Tc
b)Đường cong từ nhiệt độ của vật liệu sắt từ
Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

16


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

Cho đến nay người ta đã ph¸t hiện hàng trăm kim loại hợp
kim và hợp
chất cã tÝnh chất sắt từ.Do cã tÝnh chất từ t phát nên
t hóa ca các cht ny có gi¸ trị dương và rất lớn.
1.3.4. Chất phản sắt từ
Đã là c¸c chất mà c¸c momen từ định hướng đối đối song
song và bï trừ nhau ở dưới một nhiệt độ nhất định gọi là nhiệt độ
Noel ( Tn ) Hệ số từ hãa của c¸c chất phản sắt từ không ln v có
giá tr dng.

Hỡnh v 1.7. a) S sắp xếp

momen từ trong vật

liệu phản sắt từ khi T < Tn khi có từ trường ngồi
b) Sự phụ thuộc của hệ số từ hãa vào nhiệt độ của vật liệu
phản sắt từ
1.3.5. C¸c chất Ferit từ
C¸c chất Ferit từ cã trật tự từ tự ph¸t ở dưới Tc .C¸c momen
từ của c¸c chất Fẻit từ sắp xếp đối song song nhng không bù tr

nhau nh các cht :

FeO ,

FeO3 ,…Hệ số từ hãa của c¸c

chất này tương đối lớn và cã gi¸ trị dương.

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

17


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

H×nh vẽ 1.8.a) Sự sắp xếp momen từ trong vật liệu Ferit
từ khi T < Tc khi có từ trường ngồi
b) Sự phụ thuộc của hệ số từ hãa vào nhiệt độ của vật liệu
Ferit t
1.4.Vật liệu từ ứng dụng
Về mặt ứng dụng, trong c«ng nghiệp và trong đời sống
hàng ngày người ta chia vật liệu từ thành 2 loại chính
1.4.1.Vật liệu từ cứng
Là vật liệu cã từ tÝnh mạnh khó từ hãa và khã khử từ
Vật liệu từ cứng là vật liệu được ph¸t hiện và sử dụng sớm
nhất trong lịch sử lồi người.C¸c vật liệu từ cứng được sử dụng để
làm nam châm vnh cu , ng dng rt nhiu trong các lĩnh vực
kh¸c nhau trong đời sống và kĩ thuật.
Vật liệu từ cứng có nhiều đặc trưng từ học ,sự phụ thuộc của
tÝnh chất từ vào nhiệt độ ,độ bền ,độ chống mi mòn

Các vt liu t cng phi có kh¸ng từ rất lớn , cảm ứng từ
dư lớn và tÝch năng lượng cực đại ( BH) lớn nhất .Ngoài ra để ứng
dụng được trong kĩ thuật làm nam ch©m vĩnh cửu th× vật liệu
sắt từ cã dị hướng đơn trục và nhiệt độ Curie cao hơn nhiều làn so
với nhiệt độ phßng.
Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

18


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

Vật liệu phải độ bền cơ học,cã gi¸ thành rẻ hoặc cã thể chịu
nhiệt
1.4.2. Vật liệu từ mềm
Là vật liệu sắt từ mềm về phương diện từ hãa và khử từ cã
nghĩa là dễ từ hãa và dễ khử từ.C¸c vật liệu từ mềm rất đa dạng
được ứng dụng nhiều trong c¸c lĩnh vực kh¸c nhau
C¸c vật liệu từ mềm được sử dụng làm cỏc vt liu dn t
trong ng dây ti in các bin th
Thông s quan trng u tiên nói n tính cht t mm
l lc kháng t
Ngoi H thì từ thẩm ban đầu cũng là 1 th«ng số quan
trọng nãi lªn từ tinh mềm của vật liệu từ mềm
 = lim
Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm ban đầu từ và trăm đến và
ngàn c¸c vật liệu cã tÝnh chất từ tÝnh mềm tốt cã thể lªn tới vài
chục ngàn.
KẾT LUẬN CHƯƠNG I
Ở chương này đã t×m hiểu c mt s khái nim v vt liu

t.V ó trình bày được
- Nguồn gốc từ tÝnh của vật liệu
-Từ trường,nhắc li mt s công thc tính t trng
-Các thông s vật lý đặc trưng cho vật liệu từ
-Ph©n loại vật liệu từ theo quan điểm nghiªn cứu cơ bản và
quan điểm ứng dụng
Tuy nhiªn vật liệu từ là lĩnh vực rất rộng v× vậy chương này
chỉ dừng lại ở việc tổng kết lại c¸c kh¸i niƯm cơ bản nhất làm cơ
sở để t×m hiểu chương tiếp theo.

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

19


Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

Chng II:
Các phơng pháp đo tính chất từ của vật liệu
2.1.Nguyên tắc chung
Biến giá trị của tín hiệu độ thành giá trị của đại lợng
khác có thể đo đặc tính toán một cách thuận tiện
Các phơng pháp đo đợc chia thành 2 loại
+) Đo lực từ
+) Đo cảm từ
a.Phơng pháp đo lực tơng tác giữa các đômên từ .Giá
trị của từ độ đợc chỉ thị bằng cờng độ lực tác dụng của
một từ trờng bất đồng nhất lên mÃu đo khi mẫu đo từ hóa
trong từ trờng này.Hệ đo thông dụng áp dụng phơng pháp
này là lực đo Faraday.

b.Phơng pháp đo cảm ứng :Tín hiẹu từ độ đợc chuyển
thành tín hiệu điện bằng cách thay đổi vị trí tơng đối
của mẫu có mômen từ M với cuộn dây thu .Từ thông qua tiết
diên ngang sẽ thay đổi ,suất điện động cảm ứng qua cuộn
dây sẽ thay đổi và làm xuất hiện trong nó suất điện động
cảm ứng .Điện trờng tự xảy ra nếu khoảng cách giữa mẫu và
cuộn dây sẽ chỉ thị các giá trị của từ độ.Các hệ đo áp dụng
phơng pháp này là:Hệ đo giật mẫu , hệ đo mẫu rung
.Các phép đo này thực hiện trong từ trờng một chiều.Sau
đây là một vài hệ đo thông dụng
2.2.Các phng pháp o
2.2.1.Hệ đo giËt mÉu

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

20


Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

2.2.1.1.Sơ đồ nguyên lí

Hinh 2.1.H o git mu
2.2.1.2.Nguyên lí phép đo
Mu đợc từ hóa trong từ trờng đồng nhất tạo bởi nam
châm (1) ,mẫu (3) đợc giật nhanh ra khỏi vùng các cuộn dâu
thu (2) bằng cần giá mẫu (4).Tín hiệu cảm ứng E trong các
cuộn dây thu đợc đua đến máy khuếch đại tích phân (5)
có độ nhạy cảm cao.
Công thức xácđịnh M từ điện áp ra U của khuếch đại

tích phân là (3)
U = A ∫ Edt = .M [ H (x) – H ( x ) ] . ∫ Edt
= .M . [ H (x ) – H ( x) ]
Trong ®ã : H ( x ) ,H (x ) lµ từ trờng sinh ra dòng cảm
ứng I chạy trong cuộn dây thu theo phơng z.Khi mẫu dịch
chuyển theo phơng x từ vị trí x đến vị trí x trong thời
gian t đến t
A la hệ số của máy tích phân
- Phơng pháp này khá đơn giản , giá thành rẻ va dễ sử
dụng.
Hạn chế : Không thu đợc các đờng đo liên tục.Vì các giá
trị đo đợc thu nhặt phụ thuộc số lần giật mẫu.Khả năng

ti : Cỏc phng pháp đo tính chất từ của vật liệu

21


Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

nâng cao độ nháy rất khó .Vì tín hiệu là nhng xung điện
rời rạc có hình dạng phụ thuộc vào thời gian mỗi lần giật
mẫu.
Hệ đo có thể sử dụng đo đạc tốt trên các vật liệu có
độ từ hóa cao.

ti : Cỏc phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

22

Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

2.2.2.HƯ ®o tõ kÕ mẫu rung VSM
Cấu tạo và nguyên tác hoạt động
Từ kế mẫu rung (Vibrating Sample Magnetometer ,viết
tắt là VSM) là mét dơng cơ ®Ĩ ®o tÝnh chÊt tõ cđa vËt liệu
hoạt động trên nguyên tắc thu tín hiệu cảm ứng ®iƯn tõ khi
rung mÉu ®o trong tõ trßng.
Tõ kÕ mÉu rung lần đầu tiên đợc phát minh vào giữa
những năm 50 cđa thÕ kØ 20 vµ VSM lµ mét trong những
thiết bị phổ biến ngất trong nghiên cứu vật liệu từ
Nguyên tắc
Khi từ thông xuyên qua khung dây suất hiện động cảm
ứng E nếu từ thông xuyên qua tiết diện ngang của khung
dây biến thiên theo thời gian .Giá trị của E đợc biểu hiện
qua công thức :
E(t)=
Từ kế mẫu rung đợc thiết làm việc trên nguyên tắc .Nêu
ta đặt đối tợng đo có mômen từ M trong cuộn dây có cấu
hình bất kỳ.Tơng đơng với một từ trờng H đợc sinh ra bởi
cuộn dây đó khi có một dòng điện I chạy qua.Theo định
luật bảo toàn năng lợng đối với hớng bất kỳ của B và M trong
không giantự do ,giả sử trong không gian t do
MH = I
Mật độ từ thông qua tiết diện ngang của các cuộn dây
sẽ thay đổi nên M sẽ thay đổi ,vị trí tơng đối giữa mẫu và
các cuộn dây thu trờng hợp thay đổi.nếu M thay đổi ,Suat
điện động cảm ứng ®ỵc biĨu diƠn :
E (t ) = .

Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

23


Sinh viên : Đinh Thị Thu Hiên

NÕu M kh«ng thay đổi ,vị trí tơng đối ga mẫu đo
và cuộn do và cuộn dây thu thay đổi theo thời gian thì :
E=
Trong đó r khoảng cách tơng đối giữa mẫu và cuộn
dây

vận tốc chuyển động của mẫu.
G(r)=

đợc gọi hàm độ nhạy ph thuộc vào vị trí của

mẫu
Giả sử vị trí của mẫu dây thu cố định .Mộu dao động
điều hòa theo phơng cố định với biên độ A,tần số

xung

quanh vị trí cân bằng khai triển G( r) quanh vị trí cân
bằng r khoảng cách tơng đối giữa mẫu và cuộn pick_up
và bỏ qua thành phần bậc cao của G ( r).Khi đó (1) cố
thể đợc viết thànht )
E = G ( r ) M Aω Cos ( ωt )

Trong ®ã A = A

+A +A

Một cách gần đúng phơng trình này có thể áp dụng
cho mẫu có kích thớc bé và biên độ dao động nhỏ .Hớng dao
động của biên độ lá cố định.
Trong hệ từ mẫu VSM ở đây .Hớng rung là hớng Z vuông
góc với hớng từ hóa mẫu X, Trong cấu hình này cuộn dây thu
đựơc thiết kế theo cấu hình ngang, chúmg đợc đặt cố
định trên mẫu phẳng ZY và có hớng dọc theo trục x .
Các trờng hợp lấy từ cuộn dây thu đựoc khuếch đại loc
lựa số hóa rồi chuyển sang giá trị đại lợng tõ ®o theo mét hƯ
sè chn cđa hƯ ®o.
Nãi chung nguyên lý làm việc của hệ VSM là đơn
giản ,nhng các chi tiết thiết kế nó yêu cầu phải có độ chính
xác cao đặc biệt là là cuộn rung và các cuộn dây thu .Mẫu

ti : Cỏc phng phỏp đo tính chất từ của vật liệu

24


Sinh viờn : inh Th Thu Hiờn

đợc rung đồng trục theo một hớng rung cố định với một biên
độ ổn định
Nhợc điểm của phép đo : Do hàm G (r ) là một tenr 3
chiều phụ thuộc mạnh vào r nên dễ có sai số lặp lại lớn khi vị
trí mẫu thay đổi giữa các phép đo.Mặt khác giá trị đo

cũng sẽ sai số nếu giữa các lần đo mẫu bị dao động theo hớng vuông góc với hớng rung hoặc biên độ rung bị biến
đổi.Trong phơng pháp VSM mẫu đợc rung trong từ trờng có
độ đồng nhất cao
Trong các phéo đo yêu cầu độ chính xác cao cũng nh
các nguyên tắc đo khác sự phụ thuọc của tín hiệu đo theo
hình dạng và kích thớc mẫu đo cũng cần phải đợc xem xét.
Sau khi tín hiệu đợc thu từ cuộn dây thu chúng đợc số
hóa rồi chuyển sang máy xử lý
2.2.2.1.Sơ đồ nguyên lý của hệ đo đợc mô tả trên
hình sau :

Hinh 2.2.H o t k mu rung
2.2.2.2. Nguyªn lý phÐp đo
Đề tài : Các phương pháp đo tính chất từ của vật liệu

25