Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 4 - Phạm Thành Chung

Bài giảng "Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 4 - Phạm Thành Chung" được biên soạn nhằm giúp các em sinh viên trình bày được một số khái niệm cơ bản về vật liệu từ; Nắm được tính chất từ của nguyên tử; Phân loại được vật liệu từ; Tìm hiểu về hiệu ứng Kelvin (Hiệu ứng bề mặt). Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng tại đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 4 - Phạm Thành ChungChương 4. Vật liệu từ1. Một số khái niệm cơ bản1.1. Các đơn vị cơ bản• Khi một vật liệu đặt trong từ trường ngoài, nó đáp ứng với từ trường ngoài nàybằng cách sinh ra một từ trường được gọi là độ từ hóa hay từ độ(magnetisation) M.• Cường độ của từ trường ngoài được ký hiệu là H.• Cảm ứng từ B (magnetic induction) hay còn gọi là mật độ từ thông (magneticflux density) là tổng thông lượng từ trường tạo bởi từ trường ngoài H và độ từhóa M của vật liệu. (hệ đơn vị S.I- toàn TG)Với μ là độ từ thẩm của vật liệu còn μ0 là độ từ thẩm của chân không =4π.10-7 H.m-1.Trong hệ cgs (hay còn gọi là hệ Gauss) được người Mỹ sử dụng• Độ từ cảm χ (magnetic susceptibility) đo mức độ từ hóa của vật liệu theocường độ tác dụng của từ trường ngoài: 69Chương 4. Vật liệu từ1. Một số khái niệm cơ bản1.1. Các đơn vị cơ bản Quan hệ giữa một số đại lượng trong hệ SI và hệ Gauss (cgs) 70Chương 4. Vật liệu từ1. Một số khái niệm cơ bản1.2. Khái niệm lực Lorentz 71(gt từ trường đều) 72 Chương 4. Vật liệu từ 1. Một số khái niệm cơ bản 1.2. Khái niệm lực Lorentz Đường sức từ trường là các đường cong mà tiếp tuyến của nó tại từng điểmchính là xác định hướng của từ trường B tại điểm đó. Đường sức từ trường trong một số trường hợp thường gặp: a- do một nam châm sinh ra; b- do một ống dây sinh ra; c- trong lõi thép máy biến áp; d- do dòng điện chạy trong một dây dẫn thẳng; e- do dòng điện chạy trong một vòng dây 73 Chương 4. Vật liệu từ 2. Tính chất từ của nguyên tử  Chuyển động của điện tử xung quanh hạt nhân và quanh trục của chính nó là nguyên nhân gây ra tính chất từ của vật liệu.  Nếu sự có mặt của điện tích là nguyên nhân gây ra điện trường thì sự chuyển động của điện tích (hay nói cách khác là dòng điện) là nguyên nhân gây ra từ trườngTrạng thái năng lượng chiếm giữ bởi điện tử trong nguyên tử được đặc trưng bởi bốn sốlượng tử: -Số lượng tử chính n với các giá trị 1, 2, 3 …xác định kích cỡ quỹ đạo (orbit) của điện tử và năng lượng của nó. - Số lượng tử orbital l (hay còn gọi là số lượng tử mômen góc quỹ đạo) mô tả mômen góc của chuyển động quỹ đạo. - Số lượng tử từ m mô tả thành phần của mômen góc quỹ đạo l theo một phương nhất định, còn gọi là phương lượng tử hóa. Đa số các trường hợp phương lượng tử hóa được chọn trùng với phương của trường ngoài. - Số lượng tử spin ms mô tả thành phần của spin điện tử theo một phương nhất định, thông thường là phương của trường đặt vào. 74Chương 4. Vật liệu từ3. Phân loại vật liệu từTổng của mômen từ quỹ đạo mo và mô men từ spin ms trong nguyên tử chính làmô men từ của nguyên tử mi. mi=mo+msTùy theo trị số của mô men từ nguyên tử mà người ta chia vật liệu từ thành cácloại khác nhau: Ferromagnetic: vật liệu sắt từ Antiferromagnetic: vật liệu phản sắt từ Paramagnetic: Vật liệu thuận từ Diamagnetic: Vật liệu nghịch từ 75Chương 4. Vật liệu từ3. Phân loại vật liệu từ 76Chương 4. Vật liệu từ3.1. Vật liệu thuận từ (Paramagnetic)Thuận từ là những chất có từ tính yếu (trong ngành từ học xếp vào nhóm phi từ, cónghĩa là chất không có từ tính). Tính chất thuận từ thể hiện ở khả năng hưởng ứng thuậntheo từ trường ngoài, có nghĩa là các chất này có mômen từ nguyên tử (nhưng giá trịnhỏ), khi có tác dụng của từ trường ngoài, các mômen từ này sẽ bị quay theo từ trườngngoài, làm cho cảm ứng từ tổng cộng trong chất tăng lên. Các lớp e không được lấp đầy -> mô men từ quỹ đạo Σmo=0 Σmi≠0 Không tồn tại các cặp e có spin trái dấu -> mô men spin Σms≠0 Σmi = Σmo+ Σms ≠0 Ví dụ: Al, Mn… 77 Chương 4. Vật liệu từ 3.2. Vật liệu nghịch từ (Diamagnetic) Các chất nghịch từ là các chất không có mômen từ (tổng vecto từ quỹ đạo và từ spin của toàn bộ điện tử bằng 0 khi không có từ trường ngoài). Khi đặt vào từ trường ngoài trong các phân tử sẽ xuất hiện dòng điện phụ và tạo ra từ trường phụ ngược chiều từ trường ngoài theo xu hướng c ...