- XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CURIE CỦA FERIT TỪ. - Xác định nhiệt độ Curie của ferit từ. - Vật liệu sắt từ và nhiệt độ Curie. - Các vật liệu sắt từ (Fe, Ni, Co. - nếu được đặt vào từ trường B sẽ bị từ hoá (nhiễm từ tính) rất mạnh. - Nguyên nhân là do bên trong khối sắt từ khi đó xuất hiện một từ trường phụ B’ cùng hướng và rất lớn so với H. - Vì vậy, từ trường tổng hợp trong khối sắt từ có giá trị bằng: B = μoH + B. - Hệ số μ gọi là độ từ thẩm của sắt từ. - Trị số của μ phụ thuộc phức tạp vào độ lớn của H và có thể đạt tới khoảng 104, nghĩa là từ trường tổng hợp trong khối sắt từ có thể lớn gấp hàng vạn lần so với từ trường ngoài. - Do đặc tính này, các vật liệu sắt từ được dùng rộng rãi trong kỹ thuật điện để làm lõi từ của biến thế điện, động cơ điện, nam châm điện, rơ le điện từ. - Tuy nhiên, tính chất sắt từ chỉ xuất hiện trong một khoảng nhiệt độ xác định. - Nếu khối sắt từ bị nung nóng đến nhiệt độ T ≥ TC thì tính chất sắt từ biến mất và nó trở thành chất thuận từ. - Nhiệt độ TC được gọi là nhiệt độ Curie, giá trị của nó phụ thuộc vào bản chất của chất sắt từ. - Bên cạnh đó, chất sắt từ ở nhiệt độ Curie còn có hàng loạt dị thường về nhiệt dung, điện trở suất, từ giảo. - Ở gần nhiệt độ Curie, hệ số từ hoá ban đầu của chất sắt từ đạt đến cực đại. - Các đặc tính của chất sắt từ có thể giải thích bằng thuyết miền từ hoá tự nhiên.. - Nguyên tắc, cấu tạo và hoạt động của hệ đo Nhiệt độ Curie của ferit được xác định bằng phương pháp cảm ứng điện từ. - Trên thanh ferit có đặt một lò và một cặp nhiệt điện để xác định nhiệt độ của lò. - Để thay đổi nhiệt độ của lò và cấp điện thế xoay chiều cho cuộn dây n1 (hoặc n2) ta sử dụng một bộ nguồn E. - Để đo nhiệt độ của thanh ferit và điện thế trên cuộn n1 (hoặc n2) ta sử dụng đồng hồ vạn năng Keithley 2000. - Nếu ta tăng nhiệt độ của thanh ferit F tới nhiệt độ Tc thì độ từ thẩm μ của thanh ferit giảm nhanh xuống giá trị μ ≈ 1. - Nhiệt độ Tc chính là nhiệt độ Curie cần tìm. - Nhiệt độ phòng là 260C.. - Từ đồ thị ta thấy + Nhiệt độ curie của Ferit từ khi nhiệt độ tăng là T1 =1480C. - Nhiệt độ curie của Ferit từ khi nhiệt độ giảm là T2 =1360C. - Nhiệt độ Curie của sắt từ là: TC. - Biến cố khách quan và chủ quan ảnh hưởng tới phép đo - Biến cố khách quan + Nhiệt lượng cung cấp cho lò nung nhằm tăng nhiệt độ cho thanh ferit từ một phần toả ra ngoài môi trường. - Do quá trình tăng và giảm hiệu điện thế cấp điện cho lò nung quá nhanh, làm nhiệt độ thay đổi nhanh. - Giải thích nội dung, biện luận để loại bỏ kết quả nghi ngờ Từ kết quả đo ta thấy rằng, ứng với hai quá trình tăng và giảm nhiệt độ ta thu được hai đường đồ thì khác nhau. - Nguyên nhân của nó là do hiện tượng từ trễ của chất sắt từ. - Tương ứng với hai đường đồ thị ta có hai nhiệt độ TC khác nhau. - Giải thích Do hiện tượng trễ nhiệt như đã nói ở trên, nhiệt độ trong lý thuyết là nhiệt độ trong lòng vật liệu sắt từ, còn trong kết quả thực nghiệm nhiệt độ ở đây là nhiệt độ bên ngoài vật liệu từ. - Sắt từ có hiện tượng từ trễ vì vậy mà đường tăng nhiệt và đường giảm nhiệt không trùng nhau. - Nhiệt độ Curie của sắt từ là: Tc = 142oC V. - TRẢ LỜI CÂU HỎI Câu 1: Phân loại vật liệu từ, các đặc tính của vật liệu sắt từ. - Thuyết miền từ hóa tự nhiên trong việc giải thích các đặc tính của vật liệu sắt từ. - Từ tính là một thuộc tính của vật liệu. - Các vật liệu khi đặt trong từ trường ngoài H thì bị nhiễm từ. - Nguồn gốc tính nghịch từ là chuyển động của điện tử trên quỹ đạo quanh hạt nhân, tạo ra từ trường có chiều ngược với từ trường ngoài.. - Khi chưa có từ trường ngoài các moomen từ của các nguyên tử hoặc ion thuận từ định hướng hỗn loạn còn khi có từ trường ngoài chúng sắp xếp cùng hướng với từ trường. - Chất sắt từ: Độ từ cảm χ có giá trị rất lớn, cỡ 106. - TC (nhiệt độ Curie) từ độ J giảm dần, không tuyến tính khi nhiệt độ tăng lên. - Tại T = TC giá trị 1/χ phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ. - Sắt từ là vật liệu từ mạnh, trong chúng luôn tồn tại momen từ tự phát, sắp xếp một cách có trật tự ngay cả khi không có từ trường ngoài. - Sắt từ còn có nhiều tính chất độc đáo và những ứng dụng quan trọng. - Chất phản sắt từ: Là chất từ yếu, χ ≈ 10-4, nhưng sự phụ thuộc của 1/χ vào nhiệt độ không hoàn toàn tuyến tính như chất thuận từ và có một hõm tại nhiệt độ TN (gọi là nhiệt độ Nell). - Khi T<TN trong phản sắt từ cũng tồn tại momen từ tự phát như sắt từ nhưng chúng sắp xếp đối song song từng đôi một. - Chất ferit từ: Độ cảm từ có giá trị khá lớn, gần bằng của sắt từ (χ ≈ 10-4) và cũng tồn tại các momen từ tự phát. - Tuy nhiên cấu trúc tinh thẻ của cúng gồm hai phân mạng mà ở đó các momen từ spin (do sự tự quay của điện tử tạo ra) có giá trị khác nhau và sắp xếp phản song song với nhau do đó từ độ tổng cộng khác không ngay cả khi không có từ trường ngoài tác dụng, trong vùng nhiệt độ T<. - Vì vậy feri từ còn được gọi là phản sắt từ không bù trừ. - Đặc tính của vật liệu sắt từ. - Các chất sắt từ bao gồm những nguyên tố nhóm chuyển tiếp như Fe, Co, Ni, Gd và một số hợp kim của chúng, có từ tính mạnh. - Độ từ hóa của sắt từ lớn hơn hàng triệu lần ở nghịch từ và thuận từ. - Ngay cả khi không có từ trường ngoài ở nhiệt độ TC nào đó (nhiệt độ tới hạn Curie) trong sắt từ vẫn tồn tại các momen từ tự phát. - Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ cảm từ ở sắt cũng tuân theo định luật Curie – Weiss ở chất thuận từ. - là hệ số Weiss Ở tất cả các sắt từ đều biểu hiện từ dư. - Tức là sau khi được từ hóa nếu ngắt từ trường ngoài (H = 0) thì sắt từ vẫn còn giữ nguyên được từ tính (độ từ dư) và chúng chỉ biến mất khi bị từ hóa theo chiều ngược lại với một từ trường đủ mạnh. - Để đặc trưng cho tính từ dư của vật liệu người ta dùng một đường cong trễ, qua đó thấy cảm ứng từ, từ độ và cả độ cảm từ phụ thuộc phi tuyến vào từ trường từ hóa. - Thực nghiệm đã chỉ ra rằng để từ hóa bão hòa phần lớn các vật liệu sắt từ cần một từ trường không lớn lắm (khoảng 105 A/m, trong khi ở thuận từ là 109 A/m). - Do từ độ và độ cảm từ lớn nên sắt từ cũng có độ từ thẩm µ = χ +1 lớn và cảm ứng từ B = µµ0 H cao, đồng thời cường độ kể từ HC cao. - Ngoài ra sắt từ còn nhiều tính chất độc đáo khác như tính từ giảo (khi bị từ hóa vật sắt từ thay đổi kích thước hoặc ngược lại ở sắt từ có tính từ giảo khi làm biến dạng cơ học thì cũng làm cho vật bị từ hóa), tính dị hướng từ (độ từ hóa theo các phương khác nhau của tinh thể sắt thì khác nhau), hiện tượng cộng hưởng sắt từ (khi đặt sắt từ vào trong từ trường không đổi H cũng có thể hấp thụ sóng điện từ có tần số thích hợp), hiệu ứng quang từ (khi chiếu ánh sáng – sóng điện từ - qua mặt sắt từ thì mặt phẳng phân cực của chùm tia sáng khi qua vật hoặc phản xạ trên mặt vật bị quay đi một góc nào đó)….. - Giải thích các đặc tính của vật liệu sắt từ bằng thuyết miền từ hóa ( lý thuyết Weiss). - Lý thuyết Weiss (1907) được xem như lý thuyết cổ điển về sắt từ. - Weiss giả thiết rằng chất sắt từ được từ hóa do trong đó có tồn tại một từ trường nội tại phân tử, đồng thời cũng giả thiết rằng ngay cả khi không có từ trường chất sắt từ cũng được từ hóa đến bão hòa. - Trong quá trình từ hóa vật, từ trường ngoài chỉ có tác dụng trong việc định hướng mômen từ của các đômen. - Điều này giải thích tại sao chỉ cần một từ trường nhỏ cũng từ hóa bão hòa sắt từ. - Như vậy có thể coi sất từ là một vật liệu có trật tự từ, tương tự như phản sắt từ và feri. - Thực nghiệm đã xác minh sự tồn tại của các đomen từ bằng việc quan sát sự sắp xếp theo một trật tự xác định của chất lỏng từ trải trên bề mặt vật liệu sắt từ (phương pháp Bitter). - Các vùng có momen từ hướng gần trùng với hướng của từ trường ngoài H lớn dần lên, còn các vùng mà momen từ của chúng không trúng với phương từ hóa thì sẽ bị thu hẹp dần và biến mất, ki từ trường từ hóa tăng dần lên. - Khi từ trường từ hóa H đủ lớn, sẽ chỉ còn các vùng momen từ gần trùng với phương của H. - Nếu tiếp tục tăng H thì các moomen từ này sẽ thực hiện quá trình quay để định hướng hoàn toàn song song và cùng chiều với từ trường từ hóa, lúc này từ độ của mẫu đạt tới giá trị bão hòa. - Vì quá trình dịch chuyển vách và quá trình quay của các momen từ khi từ trường H lớn là có tính chất bất thuận nghịch nên khi ngắt từ trường ngoài thì momen từ của các đomen vẫn giữa lại một sự định hướng nhất định, không trở lại trạng thái hỗn loạn ban đầu. - Đó chính là nguyên nhân tính từ dư trong sắt từ. - Nhiệt độ Curie TC là giới hạn tồn tại của các đômen sắt từ, quá giới hạn này sắt từ trở thành thuận từ. - Xác lập các biểu thức tính các đại lượng đặc trưng của từ tính của sắt từ theo quan điểm của Weiss. - Khi có từ trường ngoài H, mẫu vật chịu tác dụng của từ trường toàn phần HT lên mỗi momen từ nguyên tử: Tương tự thuận từ ta có từ độ Nhưng ở đây Khi T>. - TC và từ trường ngoài nhỏ thì y«1, lúc đó Do đó Giải phương trình này dễ dàng tìm được M = χ H Với. - và Như vậy ở nhiệt độ T >TC chất sắt từ trở thành chất thuận từ. - Trong trường hợp không có từ trường (H=0), T<TC và. - TC có thể dựng được đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ. - Tuy nhiên Weiss cũng không giải thích chính xác nguồn gốc trường phân tử trong sắt từ và thực nghiệm cũng chỉ ra rằng trường nội suy này (nếu có) thì rất lớn nhưng không đóng vai trò quyết định đến sự định hướng song song của các mômen từ nguyên tử sắt từ. - Trong kĩ thuật điện người ta thường phải sử dụng các mẫu sắt từ có dạng các khung kín (như lõi sắt của nam châm điện, của biến thế điện. - Các khung sắt từ kí có hình dạng khác nhau như vậy được gọi là các mạch từ kín. - Câu 3: Nguyên tắc xác định nhiệt độ Curie bằng phương pháp cảm ứng điện từ. - Cặp nhiệt điện C dùng để đo nhiệt độ của thanh ferit. - suất điện động theo nhiệt độ.. - Khi T tăng đến nhiệt độ T = Tc thì. - Tc chính là nhiệt độ Curie. - Nguyên tắc biến đổi tương tự số và cách đo nhiệt độ bằng máy tính. - Hệ đo: Để đo nhiệt độ của thanh ferit và điện thế của cuộn n2 ta sử dụng đồng hồ vạn năng Keithley 2000. - Cách đo nhiệt độ của máy tính: Trong máy tính có sẵn bảng chuẩn của nhiệt độ và hiệu điện thế. - Máy tính sẽ thực hiện các chuyển đổi ADC, so sánh nhiệt độ và hiệu điện thế chuẩn. - Kết quả, máy tính cung cấp cho chúng ta một bảng giá trị của hiệu điện thế và nhiệt độ rất lớn.. - Tiếp theo, sử dụng phần mềm Origin, vẽ đồ thị sự phụ thuộc hiệu điện thế U2 và nhiệt độ. - Ngoại suy ra nhiệt độ Curie. - Câu 5: Cách xác định nhiệt độ Curie từ đồ thị sự phụ thuộc của suất điện động cảm ứng theo nhiệt độ. - Từ đó, suy ra nhiệt độ Curie. - Câu 6: Ý nghĩa của việc đo nhiệt độ Curie. - Nhằm mục đích sử dụng tốt vật liệu sắt từ, tạo ra chất thuận từ thì dễ nhưng để có được chất sắt từ thì kho khăn hơn nhiều, do đó khi sử dụng vật liệu sắt từ ta phải để ý tới nhiệt độ TC, khi T>>TC thì vật liệu sắt từ chuyển thành thuận từ. - Kiểm nghiệm lại kết quả lý thuyết, chứng minh có sự tồn tại của nhiệt độ Curie. - Đồng thời, kiểm nghiệm và phát hiện nhiều tính chất từ dị thường của tinh thể ở nhiệt độ TC