TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ Khoa Cơ Khí - Công Nghệ Khoa Cơ Khí - Công Nghệ Chuyên đề: Chuyên đề: Vật Liệu Từ Vật Liệu Từ SV thực hiện: Nguyễn Thị Ái Nhi Nguyễn Thị Luyến Mai Thị Ngọc Thủy Trần Hữu Duẫn Lê Thị Thủy Tiên Trần Văn Ánh Lớp: Công thôn 43 GVHD: Nguyễn Đăng Nhật Năm 2012 Phần 1. Phần 1. LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Vật liệu là các chất liệu để làm ra hoặc tạo ra một vật. Từ khi nền văn minh loài người xuất hiện, con người sử dụng các vật liệu theo cùng với năng lượng để nâng cao cuộc sống của mình. Vật liệu có ở khắp nơi bao quanh chúng ta bởi các sản phẩm được làm từ các vật liệu. Một vài vật liệu thông dụng như: Gỗ xây dựng, bê tông, gạch, thép, chất dẻo, cao su, thuỷ tinh, nhôm, đồng, giấy. Và vật liệu từ là một loại vật liệu công nghiệp quan trọng cần thiết cho nhiều dạng thiết kế kĩ thuật: Kĩ thuật điện công nghiệp thông tin liên lạc, công nghiệp chế tạo ôtô, tàu thủy Vật liệu từ đã được phát hiện cách đây hàng nghìn năm. Cho đến nay, vật liệu từ vẫn là đối tượng được con người quan tâm tìm hiểu, nghiên cứu và đưa vào ứng dụng. Phần 2. Phần 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Lịch sử của từ học 1600. Dr, William Gilbert - những thí nghiệm đầu tiên về từ học:” De Magnete”. 1819. Oerstead - sự gắn liền giữa từ học và điện học. 1825. Sturgeon đã phát minh ra nam châm điện. 1880. Warburg đã vẽ ra chu trình trễ đầu tiên của sắt. 1895. Định luật Curie đã được đề xuất 1905. Langevin lần đầu tiên đã giải thích tính chất của nghịch từ và thuận từ. 1906. Weiss đã đưa ra lý thuyết sắt từ. Những năm 1920, Vật lý của từ học đã được phát trỉển với các lý thuyết liên quan đến spin electron và tương tác trao đổi, những sự bắt đầu của cơ học lượng tử. 2.2. Nguồn gốc của từ tính Hầu hết mọi người đều biết vật liệu từ là gì, nhưng rất ít người biết một nam châm họat động như thế nào? Một nam châm điện đơn giản có thể tạo ra bằng cách cuộn dây đồng thành cuộn và nối cuộn dây với một accu. Một từ trường được tạo ra bên trong cuộn dây, nhưng nó chỉ tồn tại khi dòng điện vẫn còn chạy qua cuộn dây. Trường được tạo ra bởi nam châm được liên hệ với sự chuyển động và các tương tác của các electron, các hạt tích điện âm, chuyển động theo quỹ đạo hạt nhân của mỗi nguyên tử. Trong các vật liệu từ nào đó, các mômen từ với một tỷ lệ lớn của các electron đã được sắp xếp, khi tạo ra một từ trường đồng nhất. Trường được tạo ra trong vật liệu, có một hướng chảy và nam châm bất kỳ nào đều thể hiện một lực để cố gắng sắp xếp nó theo từ trường ngoài. 2.3. Phân loại các vật liệu từ 2.3. Phân loại các vật liệu từ VẬT LIỆU TỪ Chất nghịch từ Chất phản sắt từChất thuận từ Tính sắt từ Ferit từ Ferit từ a. Chất nghịch từ: Hình 1: Mô hình chất nghịch từ Trong một vật liệu nghịch từ, các nguyên tử không có mômen từ riêng khi không có từ trường ngoài đặt vào. Dưới ảnh hưởng của một từ trường ngoài (H) các electron đang quay sẽ tiến động và chuyển động này là một loại dòng điện, tạo ra một độ từ hóa (M) trong hướng đối diện với phương của từ trường ngoài. b. Chất thuận từ: Hình 2: Mô hình chất thuận từ Mô hình Langevin đúng cho các vật liệu với các electron định xứ không tương tác với nhau, ở các trạng thái mà mỗi nguyên tử có một mômen từ định hướng hỗn loạn do sự chuyển động nhiệt. Khi tăng nhiệt độ, do sự chuyển động nhiệt sẽ tăng lên, nó sẽ trở nên khó hơn để sắp xếp các mômen từ nguyên tử ,vì vậy độ cảm từ sẽ giảm xuống. c. Tính sắt từ: Hình 3: Mô hình tính sắt từ Tính sắt từ chỉ có thể khi các nguyên tử được sắp xếp trong một mạng và các mômen từ nguyên tử có thể tương tác lên nhau và sắp xếp song song với nhau. Hiệu ứng này được giải thích theo lý thuyết cổ điển bằng sự có mặt của một trường phân tử bên trong vật liệu sắt từ. Weiss đã đưa ra sự có mặt của các đômen từ bên trong vật liệu, là các vùng mà ở đó các mômen từ nguyên tử được định hướng. Vì vậy, các vật liệu sắt từ thường được so sánh theo độ từ hóa bão hòa hơn là theo độ cảm từ. d. Chất phản sắt từ: Hình 4: Mô hình chất phản sắt từ Các vật liệu phản sắt từ rất giống như các vật liệu sắt từ, nhưng tương tác trao đổi giữa các nguyên tử lân cận dẫn đến sự sắp xếp phản song song của các mômen từ nguyên tử. Vì vậy, từ trường trượt tiêu và vật liệu xuất hiện bản chất giống như là một vật liệu thuận từ. e. Ferit từ: Hình 5: Mô hình Ferit từ Ferit từ chỉ được quan sát trong các hợp chất có cấu trúc tinh thể phức tạp hơn so với các nguyên tố thuần khiết. Bên trong các vật liệu này các tương tác trao đổi dẫn đến một sự sắp xếp song song của các nguyên tử trong cùng một vị trí tinh thể và sự sắp xếp phản song song trong các vị trí khác. Vật liệu bị chia thành các đômen, giống như trong vật liệu sắt từ và bản chất từ cũng như vậy. [...]... thuộc vào cách ứng xử của vật liệu từ trong từ trường, chúng được chia làm hai nhóm chính: vật liệu từ mềm và vật liệu từ cứng 2.4 Vật liệu từ cứng Là nhóm các vật liệu khó khử từ và cũng có nghĩa là khó từ hoá 2.4.1 Tính chất: Có từ trường khử từ và từ dư lớn, một cách tương ứng thì đường cong từ trễ của nó rộng, rất khó bị từ hóa Một khi bị từ hóa thì năng lượng từ của vật liệu được giữ lại lâu, có... cộng hưởng từ (MRI) 2.5 Vật liệu từ mềm Các vật liệu từ mềm là các vật liệu được từ hoá và khử từ dễ dàng 2.5.1 Tính chất: Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn, từ trường khử từ nhỏ, tổn hao từ trễ nhỏ (đường cong từ trễ hẹp) Các tính chất của vật liệu từ mềm phụ thuộc vào độ tinh khiết hóa học của chúng, và mức độ biến dạng của cấu trúc tinh thể Nếu có càng ít các loại tạp chất trong vật liệu, thì các... dụng các vật liệu từ mềm để tăng độ tin cậy Hầu hết các thiết bị nam châm vĩnh cửu đều sử dụng các vật liệu từ mềm để che chắn từ thông hoặc là cung cấp một đường trở về cho từ trường Hình 14: Mạch điện 2.6 Các vật liệu từ khác 2.6.1 Vật liệu từ giảo: Hầu hết các vật liệu từ đều biểu hiện tính từ giảo, đó là sự thay đổi trong kích thước vật lý do kết quả của trật tự từ Có hai loại từ giảo: Từ giảo tự... thành phần cấu tạo: Vật liệu kim loại Vật liệu từ kim loại có thể là kim loại đơn chất (sắt, cobalt, niken) và hợp kim từ của một số kim loại VẬT LIỆU TỪ CỨNG Vật liệu phi kim loại Thường là ferrite, thành phần gồm hỗn hợp bột của các oxit sắt và các kim loại khác Điện môi từ Điện môi từ là vật liệu tổ hợp, gồm 60 - 80% vật liệu từ dạng bột và 40 - 20% điện môi Ferrite và điện môi từ có điện trở suất... hiện từ trật tự từ của mômen nguyên tử ở dưới nhiệt độ Curie (thường gây ra sự nở thể tích) và từ giảo cảm ứng từ, xuất hiện từ sự sắp xếp của các đômen từ khi có tác dụng của một từ trường ngoài 2.6.2 Từ trở: Từ trở (MR) là hiệu ứng mà điện trở của một vật liệu từ thay đổi phụ thuộc vào hướng tương đối của dòng điện và độ từ hóa Trong hầu hết các trường hợp, điện trở là cao nhất khi dòng điện và độ từ. .. KẾT LUẬN Ngành vật liệu rất đa dạng và phong phú Tất cả các vật liệu, ở mọi trạng thái, dù ít hay nhiều đều biểu hiện tính chất từ Các vật liệu có những ứng dụng rất quan trọng, không thể thiếu được trong khoa học kỹ thuật và đời sống Qua một thời gian tìm hiểu khá kĩ về vật liệu từ, chúng ta đã hiểu thêm được một số vấn đề sau: Khái niệm, tính chất cũng như ứng dụng trong đời sống của vật liệu từ Nguyên... đó bị ngắt mạch để tháo rời thép ra Một trong những ứng dụng DC chính là trong lĩnh vực che chắn từ Một vật liệu từ có độ từ thẩm cao được sử dụng để bảo quản một thiết bị cần phải được che chắn Hình 13: Vật chắn từ bằng ống tup hay quả cầu vật liệu từ mềm b Ứng dụng AC: Vật liệu sẽ liên tục xoay vòng từ hóa theo phương này đến phương khác, qua một chu kỳ họat động.Ví dụ: Biến thế công suất Các ứng... Nếu có càng ít các loại tạp chất trong vật liệu, thì các đặc tính của vật liệu càng tốt 2.5.2 Thành phần cấu tạo: thép kỹ thuật VẬT LIỆU TỪ MỀM thép ít carbon thép lá kỹ thuật điện hợp kim sắt niken có độ từ thẩm cao oxit sắt từ (ferrite) 2.5.3 Ứng dụng a Ứng dụng DC: Vật liệu được từ hóa nhằm thực hiện một họat động và sau đó bị khử từ tại kết thúc của hoạt động Ví dụ: Một nam châm điện trên một cần... xuất hiện tính phổ biến của digital versatile disk (DVD) Lớp từ trên băng hạt chỉ có 40% vật liệu từ, trong khi đó băng ME có 100% lớp từ Vì vậy, các băng ME cho ta ghi chất lượng tốt hơn 2.6.5 Các đĩa từ: Có hai loại đĩa: mềm và cứng Các nguyên lý của việc sản xuất và ghi trên các dĩa mềm rất giống với băng từ hạt, tức là giống như các vật liệu hạt trên đế plastic Cấu trúc của một đĩa cứng được chỉ... Các vật liệu từ mềm cũng đóng một vai trò quan trọng trong các motơ điện, ở đó chúng tăng cường trường được tạo ra bởi các vòng quấn môtơ Trong các mơtơ nam châm vĩnh cửu, chúng cũng được dùng để che chắn từ thông được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu Các vật liệu từ mềm cũng được sử dụng cho các đầu cực điện từ, để tăng cường trường được tạo ra bởi nam châm Các chuyển mạch solenoit cũng sủ dụng các vật . hưởng từ (MRI). 2.5. Vật liệu từ mềm Các vật liệu từ mềm là các vật liệu được từ hoá và khử từ dễ dàng. 2.5.1. Tính chất: Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn, từ trường khử từ nhỏ, tổn hao từ. theo từ trường ngoài. 2.3. Phân loại các vật liệu từ 2.3. Phân loại các vật liệu từ VẬT LIỆU TỪ Chất nghịch từ Chất phản sắt từChất thuận từ Tính sắt từ Ferit từ Ferit từ a. Chất nghịch từ: Hình. vật liệu sắt từ và bản chất từ cũng như vậy. Tùy thuộc vào cách ứng xử của vật liệu từ trong từ trường, chúng được chia làm hai nhóm chính: vật liệu từ mềm và vật liệu từ cứng. 2.4. Vật