Tính chất của vật liệu sắt từ và ứng dụng của chúng trong công nghệ
Xung quanh dây dẫn có dòng điện dù trong chân không vẫn có từ trường… Và nếu một chất được đưa vào trường này, thì từ trường sẽ thay đổi, vì bất kỳ chất nào trong từ trường đều bị từ hóa, nghĩa là nó thu được một mômen từ lớn hơn hoặc nhỏ hơn, được định nghĩa là tổng các mômen từ cơ bản liên quan đến bộ phận cấu tạo nên chất đó.
Bản chất của hiện tượng nằm ở chỗ, các phân tử của nhiều chất có momen từ riêng, do các điện tích chuyển động bên trong phân tử, tạo thành các dòng điện tròn cơ bản và do đó có từ trường đi kèm. Nếu không có từ trường bên ngoài nào được áp dụng cho chất này, các mômen từ của các phân tử của nó được định hướng ngẫu nhiên trong không gian và tổng từ trường (cũng như tổng mômen từ của các phân tử) của một mẫu như vậy sẽ bằng không.
Nếu mẫu được đưa vào từ trường bên ngoài, thì hướng của các khoảnh khắc từ tính cơ bản của các phân tử của nó sẽ có hướng ưu tiên dưới tác động của trường bên ngoài. Do đó, tổng mô men từ của chất sẽ không còn bằng 0 nữa, vì từ trường của các phân tử riêng lẻ trong điều kiện mới không bù trừ cho nhau. Do đó, chất phát triển một từ trường B.
Nếu các phân tử của một chất ban đầu không có momen từ (có những chất như vậy), thì khi một mẫu đó được đưa vào từ trường, các dòng điện tròn sẽ được tạo ra trong đó, nghĩa là các phân tử thu được các momen từ, một lần nữa, kết quả là, dẫn đến sự xuất hiện của một từ trường tổng B.
Hầu hết các chất đã biết đều bị từ hóa yếu trong từ trường, nhưng cũng có những chất được phân biệt bởi tính chất từ mạnh, chúng được gọi là sắt từ… Ví dụ về sắt từ: sắt, coban, niken và hợp kim của chúng.
Sắt từ bao gồm các chất rắn ở nhiệt độ thấp có từ hóa tự phát (tự phát) thay đổi đáng kể dưới tác động của từ trường bên ngoài, biến dạng cơ học hoặc thay đổi nhiệt độ. Đây là cách thép và sắt, niken và coban và hợp kim hoạt động. Tính thấm từ của chúng cao hơn hàng nghìn lần so với chân không.
Vì lý do này, trong kỹ thuật điện, để dẫn từ thông và chuyển đổi năng lượng, nó thường được sử dụng lõi từ làm bằng vật liệu sắt từ.
Trong các chất như vậy, tính chất từ phụ thuộc vào tính chất từ của các chất mang từ tính cơ bản — electron chuyển động bên trong nguyên tử… Tất nhiên, các electron chuyển động trên các quỹ đạo trong nguyên tử xung quanh hạt nhân của chúng tạo thành dòng điện tròn (lưỡng cực từ). Nhưng trong trường hợp này, các electron cũng quay quanh trục của chúng, tạo ra các mô men từ spin, đóng vai trò chính trong quá trình từ hóa của các nam châm sắt.
Tính chất sắt từ chỉ thể hiện khi chất ở trạng thái kết tinh. Ngoài ra, các tính chất này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, vì chuyển động nhiệt ngăn cản sự định hướng ổn định của các mômen từ cơ bản. Vì vậy, đối với mỗi sắt từ, một nhiệt độ cụ thể (điểm Curie) được xác định tại đó cấu trúc từ hóa bị phá hủy và chất đó trở thành một thuận từ. Ví dụ, đối với sắt là 900°C.
Ngay cả trong từ trường yếu, sắt từ có thể bị từ hóa đến mức bão hòa. Hơn nữa, tính thấm từ của chúng phụ thuộc vào độ lớn của từ trường bên ngoài được áp dụng.
Khi bắt đầu quá trình từ hóa cảm ứng từ B trở nên mạnh hơn trong một sắt từ, có nghĩa là Tính thấm từ nó rất tuyệt Nhưng khi bão hòa xảy ra, việc tăng thêm cảm ứng từ của trường ngoài không còn dẫn đến tăng từ trường của sắt từ, và do đó độ từ thẩm của mẫu đã giảm, bây giờ nó có xu hướng bằng 1.
Một tính chất quan trọng của sắt từ là phần còn lại… Giả sử một thanh sắt từ được đặt trong cuộn dây và bằng cách tăng dòng điện trong cuộn dây, nó sẽ được đưa vào trạng thái bão hòa. Sau đó, dòng điện trong cuộn dây bị tắt, tức là từ trường của cuộn dây bị loại bỏ.
Có thể nhận thấy rằng thanh không bị khử từ về trạng thái ban đầu, từ trường của nó sẽ lớn hơn, tức là sẽ xuất hiện cảm ứng dư. Thanh được quay theo cách này thành nam châm vĩnh cửu.
Để khử từ trở lại một thanh như vậy, cần đặt lên nó một từ trường ngoài ngược chiều và có cảm ứng bằng cảm ứng dư. Giá trị của mô đun cảm ứng từ trường phải được áp dụng cho một nam châm sắt từ (nam châm vĩnh cửu) để khử từ được gọi là lực lượng cưỡng chế.
Đường cong từ hóa (vòng trễ) cho các vật liệu sắt từ khác nhau là khác nhau.
Một số vật liệu có vòng trễ rộng — đây là những vật liệu có từ hóa dư cao, chúng được gọi là vật liệu cứng từ tính. Vật liệu từ cứng được sử dụng trong sản xuất nam châm vĩnh cửu.
Ngược lại, vật liệu từ mềm có vòng từ trễ hẹp, từ hóa dư thấp và dễ bị từ hóa trong trường yếu. Đây là những vật liệu từ mềm được sử dụng làm lõi từ của máy biến áp, stato động cơ, v.v.
Sắt từ đóng một vai trò rất quan trọng trong công nghệ ngày nay. Vật liệu từ tính mềm (ferit, thép điện) được sử dụng trong động cơ điện và máy phát điện, trong máy biến áp và cuộn cảm, cũng như trong kỹ thuật vô tuyến. Ferrite được làm bằng lõi cuộn cảm.
Vật liệu từ cứng (ferit của bari, coban, stronti, neodymium-iron-boron) được sử dụng để chế tạo nam châm vĩnh cửu. Nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi trong các dụng cụ điện và âm thanh, trong động cơ và máy phát điện, trong la bàn từ, v.v.