SKKN: Khái quát vật liệu từ học

Sáng kiến “Khái quát vật liệu từ học” giúp học sinh nắm được khái niệm độ từ hóa, vector từ độ, và mối liên hệ được các khái niệm này với khái niệm quen thuộc - cảm ứng từ B. Phân biệt được chất thuận từ và chất nghịch từ. Biết cách tính hằng số Curie. Áp dụng công thức đó vào việc tính toán từ độ của vật liệu. Mời quý thầy cô tham khảo sáng kiến trên.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
SKKN: Khái quát vật liệu từ học SÁNG KIẾN KINH NGHIỆMKHÁI QUÁT VẬT LIỆU TỪ HỌC Mở đầu Kính thưa các đồng chí cùng toàn thể các bạn trẻ yêu vật lý. Từ học làmột trong những lĩnh vực quan trọng của vật lý học hiện đại. Xong nhìn lạiphần từ học trong chương trình vật lý phổ thông thật là ít ỏi, hầu như không đápứng được nhu cầu đòi hỏi của các em. Trong khi ấy thì các hiện tượng từ lạiluôn đập vào mắt các em: Nam châm hút sắt sao lại không hút nhôm hayđồng… Tại sao lõi các cuộn dây lại phải là sắt hay hợp kim của sắt? vậy từ tínhcủa các vật liệu ấy có giống nhau không? Chẳng cần chúng ta các em cũng đãcó nhận định rất rõ ràng các hiện tượng này. Song một điều không đúng với cácem là trong sách còn thiếu một mô hình để giải thích các hiện tượng trên, trongkhi đó việc tính toán kĩ lưỡng các hiện tượng lại chiếm quá nhiều thời gian trênlớp cũng như ở nhà của các em, các em hầu như quá tải. Vì vậy trong sang kiếnnày, tôi xin phép được đưa vào trong chương trình học tập của các em phần“vật lý các hiện tượng từ”- đây là một phần lý thú, nó sẽ giúp các em có đượcmột mô hình về cấu tạo của các vật liệu từ, từ đó có thể phân loại được các vậtliệu từ các em thường gặp trong cuộc sống, cũng như công việc của các em saunày. Hơn nữa trong nền khoa học công nghệ thông tin đang phát triển ngàynay, từ học ngày càng chiếm một vai trò quan trọng trong đời sống cũng nhưtrong xã hội. Chúng ta không thể thoát khỏi sự chi phối của các màng ghi từsiêu mỏng, hay các mạch vi điện tử… Công nghệ nano từ đã đem lại cho tanhững thành tựu đáng kinh ngạc các bộ nhớ máy tính khổng lồ, các thẻ nhớđiện thoại, các máy MP3… Như vậy có thể nói ở đâu có con người ở đó có từhọc. Vì vậy các em có quyền được biết về từ học, việc đưa từ học vào chươngtrình giáo khoa là một việc cần thiết. Tôi quyết định viết sáng kiến với 6 phần lớn, chia thành 2 tiết trongchương trình giáo khoa, và lấy tên là “Khái quát vật liệu từ học” I. Các khái niệm cơ bản. II. Phân loại vật liệu từ. III. Các chất thuận từ, nghịch từ. IV. Các chất sắt từ V. Cấu trúc domain VI. Tổng kết và áp dụng I. Các khái niệm cơ bản: Từ trường: Thừa kế khái niệm từ trường đã được cung cấp ở SKGđang dùng. Độ nhiễm từ- độ từ hoá(I): Vectơ hướng từ bắc sang nam của mộtnam châm, có đơn vị là Wb/m2. Mômen từ tổng hợp trên một đơn vị thể tíchcủa vật liệu từ tính. Đặc trưng bằng mật độ từ thông trên một đơn vị diện tíchtiết diện 2 cực. Độ từ thẩm(m): Đại lượng đặc trưng cho khả năng khuệch đại từtrường của vật liệu, có đơn vị là H/m. Mối liên hệ giữa vectơ cảm ứng từ B và vectơ từ độ I là: B=I+B0= I+m0H H: cường độ từ trường khi không có vật liệu từ B: cảm ứng từ trường khi đã được khhuếch đại bằng vật liệu từ. I=c.H c: độ cảm từ hay hệ số từ hoá. Đơn vị là (H/m) Þ B=(c+m0)H ÞB=mH; m=c+m0 m m = ÞB= m B0 mo II. Phân loại vật liệu từ: 1. Vật liệu nghịch từ: c Là những vật liệu có c = 2. Vật liệu thuận từ: Vật liệu thuận từ là vật liệu có độ cảm từ dương nhỏ, c dương nhỏ cỡ 10-3 tới 10-5. Bao gồm những nguyên tử có mômen từ cô lập, định hướng hỗn loạndo tác dụng nhiệt (hình 1). Khi từ trường ngoài H ¹ 0, mô-men từ định hướngtheo từ trường ngoài làm cho I tăng theo H. Những vật liệu này có c tỉ lệ với tỉ 1số . T Các điện tử dẫn trong kim loại tạo thành vùng năng lượng cũng biểu hiệntính thuận từ, gọi là thuận từ Pauli. Trong trường hợp này tính thuận từ gây bởisự kích thích các điện tử có spin âm lên vùng có spin dương và c không phụthuộc T. 3. Vật liệu phản sắt từ Vật liệu phản sắt từ là vật liệu có tính từ yếu, đường cong từ nhiệt có mộthõm tại TN. TN được gọi là nhiệt độ Neel. ở nhiệt độ TTN các spin được sắp xếp hỗn loạn, thể hiện tính thuận từ(hình 2). 4. Ferit từ. Trong mạng tinh thể tồn tại các spin có độ lớn khác nhau sắp xếp phảnsong song với nhau dẫn đến từ độ tổng cộng khác không cả khi từ trường ngoàiH=0. Từ độ I tổng cộng được gọi là từ độ tự phát. Tồn tại nhiệt độ Tc được gọilà nhiệt độ Currie. Tại T>Tc trật tự từ bị phá vỡ vật liệu trở thành vật liệu thuậntừ.(hình 3) 1 c 5. Vật liệu sắt từ. Trong vật liệu này tương tác giữa các spin là lớn, dương nên các spin từsắp xếp giống nhau, song song và cùng chiều(h3a), nên từ độ của vật liệu là rấtlớn. ở nhiệt độ T>Tc, thì c-1 phụ thuộc vào nhiệt độ T theo qui luật tuyến tính( Định luật Curie- weiss). ...