Home > nam cham > Bản chất của sắt từ hay của nam châm

Bản chất của sắt từ hay của nam châm

Trong tự nhiên có hai loại vật liệu từ chủ yếu: chất thuận từ và chất nghịch từ. Cả hai chất này đều có nhiều như nhau. Khi đặt trong từ trường ngoài, bên trong chất nghịch từ sinh ra từ trường của riêng nó hướng ngược chiều với từ trường ngoài, còn trong chất thuận từ thì từ trường đó hướng cùng chiều với từ trường ngoài. Vật liệu sắt từ là thuận từ, nhưng từ trường riêng do nó sinh ra lớn hơn nhiều lần từ trường ngoài.

Khi các điện tích chuyển động thì tạo thànhh dòng điện. Dòng điện sinh ra từ trường. Đây là ý tưởng cơ bản.

Điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân là một dòng điện nguyên tố, và dòng điện đó tạo ra từ trường. Nếu không phải chất sắt từ thì các từ trường nguyên tố được phân bố hỗn độn, tức là có những định hướng khác nhau. Trong loại chất như vậy không tạo nên từ trường tổng hợp nếu xét trong một thể tích đủ lớn.

Đối với chất sắt từ, ở nhiệt độ bình thường chúng có cấu trúc tinh thể. Các tinh thể nhỏ của chất sắt từ tạo thành từ các vùng riêng biệt bị từ hóa, được gọi là các đômen (domain) có kích thước từ một vài đến vài chục micrômét (tỉ lệ với căn bậc hai của kích thước vật liệu – kích thước của nam châm chẳng hạn). Trong mỗi đômen, từ trường của các nguyên tử được sắp xếp theo một trật tự xác định, tức là có hướng như nhau. Trong vật liệu chưa bị từ hóa, từ trường của các đômen khác nhau sẽ có định hướng khác nhau. Dưới tác dụng của từ trường ngoài, từ trường của một bộ phận nguyên tử bên trong đômen bị quay và có hướng dọc theo từ trường ngoài. Nói cách khác, các đômen mà từ trường của mình hầu như trùng với phương của từ trường ngoài sẽ có kích thước tăng do sự sáp nhập với các đômen lân cận. Kết quả từ trường bên trong chất sắt từ tăng mạnh.

Trường từ hóa càng mạnh thì trật tự trong các đômen càng tăng, và từ trường của cả môi trường cũng tăng. Khi trường từ hóa đủ mạnh thì từ trường của tất cả các đômen sẽ hướng như nhau, lúc đó sẽ có hiện tượng bão hòa từ. (Đoạn này giải thích vắn tắt đường cong từ hóa của sắt từ).

Cách giải thích bản chất của sắt từ trên đây được gọi là thuyết miền từ hóa tự nhiên. Tuy gọi là thuyết, nhưng đến nay không còn là giả thuyết nữa mà đã được chứng minh cả bằng lý thuyết và thực nghiệm. Chỉ một số vật liệu như sắt, coban, niken có tính chất theo kiểu đômen như vậy, nhờ vậy mà nam châm hút được chúng. Khả năng hút được của nam châm tự nhiên hay nam châm điện được giải thích như sự tương tác của từ trường lên các dòng điện nguyên tố của mỗi nguyên tử, mà đối với sắt từ thì các dòng điện nguyên tử có cùng chiều nên lực tác dụng tăng đáng kể.

Tuổi của nam châm có thể kéo dài rất lâu (vài chục năm) nếu bảo quản thích hợp. Một khi vật liệu có từ trường và trở thành nam châm thì đó cũng là một cách tích lũy năng lượng (năng lượng của từ trường). Để cho từ tính của nam châm không bị yếu đi thì phải giữ sao cho từ thông của nó không bị phát tán ra không khí. Vậy thì cần phải nối liền các đường sức từ bằng sắt mềm, để các đường sức khép kín qua sắt, đi thông suốt từ cực bắc đến cực nam.

Từ tính của nam châm cũng bị giảm do va chạm và đập, vì lúc đó sẽ phá vỡ trật tự về định hướng của từ trường trong các đômen. Nam châm còn bị mất từ tính do nhiệt độ tăng. Ở nhiệt độ cao, cấu trúc tinh thể của thép và các vật liệu từ khác bị phá hủy, chúng không còn từ hóa được nữa.

Categories: nam cham
  1. No comments yet.
  1. No trackbacks yet.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: