Nội dung

BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang130 VAÄT LIEÄU TÖØ (VLT) CHÖÔNG 4 4.1 Caùc quaù trình vaät lyù trong VLT vaø caùc tính chaát cuûa chuùng 4.1.1 Caùc khaùi nieäm cô baûn Nguyeân nhaân chuû yeáu gaây neân töø tính cuûa VLT laø do caùc ñieän tích luoân luoân chuyeån ñoäng theo caùc quó ñaïo kín taïo neân nhöõng doøng ñieän voøng. Noùi cuï theå hôn laø do söï quay cuûa caùc ñieän tích tích xung quanh truïc cuûa mình (spin ñieän töû) vaø söï quay theo quó ñaïo cuûa caùc ñieän töû trong nguyeân töû;moâmen töø cuûa proton vaø nôtron nhoû hôn haøng ngaøn laàn so vôùi moâmen töø cuûa ñieän töû. Vì vaäy tính chaát töø cuûa nguyeân töû ñöôïc xaùc ñònh baèng ñieän töû, moâmen töø cuûa haït nhaân coù theå boû G qua.Moïi vaät chaát neáu ñöa vaøo töø tröôøng seõ hình thaønh momen töø M naøo G ñoù.Momen töø cuûa moät ñôn vò theå tích J M ñöôïc xaùc ñònh bôûi: G → G M = kM. H JM= V G G J M= d M /dV ) ( khi vaät theå khoâng ñoàng nhaát thì: Trong ñoù: → H : Vectô cöôøng ñoä töø tröôøng [A/m] G J M : Ñoä töø hoùa [A/m] V: theå tích vaät [m3] kM :Heä soá ñaëc tröng cho khaû naêng nhieãm töø trong töø tröôøng cuûa vaät. kM- laø ñaïi löôïng khoâng ñôn vò, ñöôïc goïi laø ñoä töø caûm(hay heä soá phaân cöïc töø). → Trong theå tích vaät nhieãm töø taïo thaønh moät töø tröôøng rieâng Hi (theo höôùng → → hoaëc ngöôïc höôùng vôùi töø tröôøng ngoaøi H ). Vì vaäy B (veùctô caûm öùng töø toång coäng trong vaät chaát) xaùc ñònh baèng toång caùc vectô caûm öùng töø cuûa töø tröôøng ngoaøi vaø töø tröôøng rieâng: → → → G G G G B = B0 + Bi = μ 0 .H + μ 0 .J M = μ 0 . H + μ 0 .k M . H → → → B = μ 0 (1 + kM). H = μ0μr H Trong ñoù : μ0 = 4Π.10 −7 [H/m] μr = (1 + kM ) Heä soá töø thaåm töông ñoái, chæ caûm öùng töø trong moâi tröôøng lôùn gaáp bao nhieâu laàn caûm öùng töø trong chaân khoâng(khoâng ñôn vò). μ = μ0 μr Heä soá töø thaåm tuyeät ñoái .[H/m] 4.1.2 Phaân loaïi vaät chaát theo tính chaát töø: Chöông 4: VAÄT LIEÄU TÖØ BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang131 Vaät lieäu töø ñöôïc phaân loaïi theo phöông dieän nhieãm töø treân cô sôû nhöõng giaù trò cuûa μr vaø kM.Theo phaûn öùng vôùi töø tröôøng ngoaøi vaø ñaëc tính saép xeáp töø beân trong, moïi vaät chaát trong thieân nhieân coù theå chia thaønh naêm nhoùm: nghòch töø, thuaän töø, saét töø, khaùng saét töø vaø ferit töø . Hình 4.1 Bảng tuần hoàn trình bày một số nguyên tố từ tính ở nhiệt độ phòng. Vaät chaát nghòch töø (Diamagnetic): laø nhöõng vaät chaát coù ñoä töø caûm aâm vaø khoâng phuï thuoäc vaøo höôùng cuûa töø tröôøng ngoaøò.Chuùng coù μr coù giaù trò khoâng ñoåi cho ñeán cöôøng ñoä töø tröôøng raát lôùn. Trong vaät lieäu khoâng coù töø tröôøng rieâng khi khoâng coù töø tröôøng ngoaøi : μr <1 ; kM = ( - 0,1.10- 6 ) ñeán ( – 10- 5 ). Ñoä töø caûm cuûa vaät chaát nghòch töø thay ñoåi raát ít theo nhieät ñoä. Ñieàu naøy ñöôïc giaûi thích raèng hieäu öùng nghòch töø laø quaù trình beân trong nguyeân töû, maø söï chuyeån ñoäng nhieät cuûa caùc haït khoâng bò aûnh höôûng leân noù.Söï theå hieän beân ngoaøi cuûa vaät chaát nghòch töø laø chaát nghòch töø bò ñaåy ra khoûi töø tröôøng khoâng ñoàng nhaát. Vaät chaát nghòch töø laø caùc khí trô, H2 vaø nhieàu chaát loûng( nöôùc, daàu moû vaø caùc saûn phaåm cuûa noù ), haøng loaït kim loaïi nhö ñoàng vaøng, baïc, thuûy ngaân… vaø phaàn lôùn baùn daãn nhö silic, Ge, lieân keát AIIIBv, AIIBvI vaø caùc lieân keát höõu cô, tinh theå kieàm – halogen, thuûy tinh voâ cô vaø caùc vaät chaát khaùc. Vaät chaát nghòch töø laø taát caû caùc vaät chaát coù lieân keát ñoàng hoùa trò vaø caùc vaät chaát coù traïng thaùi sieâu daãn. Vaät chaát thuaän töø (Paramagnetic): laø caùc vaät chaát coù ñoä töø caûm kM döông, khoâng phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä töø tröôøng ngoaøi. ÔÛ nhieät ñoä bình thöôøng ñoä töø caûm kM cuûa vaät chaát thuaän töø khoaûng 10-3 -10-6. Vì vaäy heä soá töø thaåm töông ñoái μ khoâng khaùc nhieàu 1. Nhôø ñoä nhieãm töø döông cuûa vaät chaát thuaän töø, neáu ñöa r chuùng vaøo töø tröôøng khoâng ñoàng nhaát seõ bò keùo vaøoï Trong tröôøng raát maïnh vaø ôû nhieät ñoä thaáp trong vaät chaát thuaän töø coù theå xaûy ra traïng thaùi baõo hoøa töø, trong ñoù taát caû moâmen töø cô baûn ñònh höôùng song song vôùi cöôøngai2 .Hieäu öùng thuaän töø theo baûn chaát vaät lyù raát gioáng phaân cöïc löôõng cöïc cuûa ñieän moâi. Chöông 4: VAÄT LIEÄU TÖØ BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang132 Haàu heát caùc kim loaïi, caùc chaát khí oâxy, nitô, caùc muoái kim loaïi, saét töø ôû nhieät ñoä cao, caùc chaát mangan, crom, vanadi, clorua coban (CoCl2) clorua saét (FeCl2) clorua canxi (CaCl2) laø vaät chaát thuaän töø . Caùc vaät chaát thuaän töø raén coù ñoä töø caûm thay ñoåi theo nhieät ñoä tuaân theo ñònh luaät Quyri – Veiss: kM = C/(T- θ ) C, vaø θ laø haèng soá cuûa vaät chaát quan saùt. Vaät chaát saét töø (ferromagnetic): laø caùc vaät chaát coù ñoä töø caûm raát cao tôùi106, vaø phuï thuoäc raát nhieàu vaøo cöôøng ñoä töø tröôøng vaø nhieät ñoä. Tính chaát quan troïng nhaát cuûa vaät chaát saét töø laø khaû naêng töø hoùa tôùi baõo hoøa trong töø tröôøng yeáuïchuùng coù μr raát lôùn, vaø laø haøm soá cuûa cöôøng ñoä töø tröôøng. Khi khoâng coù töø tröôøng ngoaøi, beân trong vaät lieäu ñaõ coù nhöõng mieàn töø hoùa töï phaùt. Khi coù töø tröôøng ngoaøi, nhöõng mieàn naøy saép xeáp theo traät töï.VD: saét, coban, niken, moät soá ñaát hieám coù kM=106 laø vaät chaát saét töø Vaät chaát khaùng saét töø(antiferromagnetic):laø caùc vaät chaát, ôû nhieät ñoä thaáp hôn moät nhieät ñoä naøo ñoù seõ xuaát hieän söï ñònh höôùng töï phaùt phaûn song song cuûa caùc moâmen töø cô baûn cuûa caùc nguyeân töû (hoaëc ion) gioáng nhau trong maïng tinh theå. Vaät chaát khaùng saét töø coù ñoä töø caûm döông (kM = 10-3- 10-5) vaø phuï thuoäc raát nhieàu vaøo nhieät ñoä. Khi bò ñoát noùng,vaät chaát khaùng saét töø seõ chuyeån tieáp pha vaøo traïng thaùi thuaän töø. Nhieät ñoä cuûa chuyeån tieáp naøy, khi bieán maát traät töï töø ñöôïc goïi laø ñieåm khaùng saét töø Quyri. Hình 4.2 Traät töï töø trong caáu truùc MnO Coù haøng ngaøn lieân keát coù tính chaát khaùng saét töø .Hình 4.2 laø ví duï chæ roõ caáu truùc cuûa MnO(coù maïng tinh theå gioáng NaCl). Caùc ion cuûa Mn coù caùc momen töø höôùng ngöôïc nhau. Maëc duø coù söï saép xeáp traät töï töø trong tinh theå ,nhöng toång töø hoaù (nhieãm töø ) cuûa tinh theå khi khoâng coù töø tröôøng ngoaøi baèng 0. Ferit töø goàm caùc vaät chaát maø tính chaát töø cuûa chuùng coù khaùng saét töø khoâng trieät tieâu. Töông töï nhö chaát saét töø chuùng coù ñoä töø caûm raát cao, vaø phuï thuoäc raát nhieàu vaøo cöôøng ñoä töø tröôøng vaø nhieät ñoä. Maëc duø vaäy ferit töø coù nhöõng khaùc bieät cô baûn vôùi saét töø. Tính chaát cuûa ferit töø coù ôû moät vaøi hôïp kim, nhöng chuû yeáu laø caùc lieân keát oxit, trong ñoù ferit coù yù nghóa thöïc teá nhaát. Chöông 4: VAÄT LIEÄU TÖØ BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang133 Thuaän töø, nghòch töø , khaùng saét töø coù theå lieân keát thaønh nhoùm vaät chaát coù töø tính yeáu, trong khi ñoù saét töø vaø ferit töø laø vaät chaát coùtöø tính maïnh. 4.1.3 Baûn chaát cuûa traïng thaùi saét töø Thöïc nghieäm ñaõ chæ roõ raèng tính chaát ñaëc bieät cuûa traïng thaùi saét töø laø do caáu truùc vuøng (mieàn) domen beân trong. Caùc domen laø nhöõng vuøng vó moâ coù theå töø hoùa ñeán giaù tri baõo hoøa ngay khi khoâng coù töø tröôøng ngoaøi. Töø hoùa töï phaùt cuûa caùc mieàn laø do söï ñònh höôùng song song caùc moâmen töø cuûa nguyeân töû trong saét töø . Hình 4.3 Caáu truùc domen cuûa saét töø vaø söï ñònh höôùng cuûa domen trong tröôøng ngoaøi H : a/H=0 b/H nhoû c/H lôùn d/traïng thaùi baõo hoaø Trong vaät lyù coù hai loaïi löïc coù aûnh höôûng lôùn ñeán caùc hieän töôïng trong nguyeân töû, ñoù laø löïc töø vaø löïc ñieän. Tuy nhieân lyù thuyeát vaø thöïc nghieäm chæ ra raèng löïc töø raát yeáu ñeå coù theå choáng laïi chuyeån ñoäng nhieät khi nhieät ñoä lôùn hôn moät vaøi ñoä K. Vì theá traïng thaùi saét töø xuaát hieän do löïc ñieän. Naêng löôïng töông taùc tónh ñieän cuûa ñieän töû hoùa trò coù theå chieám khoaûng moät vaøi eV, vaø chæ caàn moät naêng löôïng nhoû cuûa naêng löôïng naøy cuõng ñuû ñeå ñaït hieäu öùng ñònh höôùng caàn thieát. Söï phuï thuoäc caûm öùng töø vaøo cöôøng ñoä töø tröôøng goïi laø ñöôøng cong töø hoùa . Ñeå nhaän ñöôïc ñöôøng cong töø hoùa ta xeùt traïng thaùi khöû töø cuûa maãu (töùc laø söï vaéng maët töø tröôøng ngoaøi thì caûm öùng töø baèng 0). Chöông 4: VAÄT LIEÄU TÖØ BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ B (G,kG) E deã [100] D C B Hình 4.4 Trung bình [110] khoù [111] A 0 Trang134 H=0 a/ñöôøng cong töø hoùa H (Ocstet) b/ höôùng töø hoùa deã vaø khoù cuûa saét Treân ñöôøng cong töø hoùa ( hình 4.4a) coù nhöõng kyù töï O, A , B, C, D, E ñeå chæ caùc giai ñoaïn cuûa quaù trình töø hoùa. Trong ñoù xaûy ra söï saép xeáp cuûa nhöõng mieàn töø hoùa töï phaùt trong vaät lieäu ( caùc domen töø). -Taïi O: Cöôøng ñoä töø tröôøng baèng 0, nhöõng vuøng töø hoùa töï phaùt saép xeáp khoâng theo traät töï, caûm öùng töø baèng 0. -Ñoaïn OA: Cöôøng ñoä töø tröôøng raát nhoû, vaùch cuûa nhöõng vuøng bò xoâ leäch. Nhöõng vuøng naøo ôû gaàn töø tröôøng ngoaøi hôn thì theå tích cuûa chuùng taêng leân, nhöõng vuøng coù söï ñònh höôùng khoâng thuaän lôïi cuûa vectô töø hoùa JM thì theå tích giaûm xuoáng. Sau khi loaïi boû tröôøng yeáu caùc vaùch seõ trôû laïi vò trí cuõ (khoâng coù JM thöøa), quaù trình naøy coù tính chaát ñaøn hoài. -Ñoaïn A-B-C: Moät soá vuøng xoay höôùng moät caùch roõ reät, nhöõng vuøng naøo gaàn töø tröôøng ngoaøi hôn thì xoay höôùng deã hôn, quaù trình naøy mang tính chaát khoâng ñaûo ngöôïc ñöôïc. Ñöôøng cong töø hoùa coù ñoä cong lôùn nhaát. -Ñoaïn DE: Taát caû caùc vuøng daàn daàn xoay theo höôùng cuûa tröôøng. Ñaây laø traïng thaùi baõo hoøa. 4.1.4 Caùc quaù trình khi töø hoùa saét töø a. Dò höôùng töø Trong vaät chaát ñôn tinh theå saét töø toàn taïi höôùng töø hoùa deã vaø khoù . Soá löôïng cuûa höôùng naøy ñöôïc xaùc ñònh baèng tính ñoái xöùng cuûa maïng tinh theå. Khi khoâng coù töø tröôøng ngoaøi caùc moâmen töø cuûa mieàn töï ñònh höôùng theo moät trong caùc truïc deã töø hoùa. OÂ cô baûn cuûa saét laø moät khoái vuoâng laäp phöông theå taâm. Höôùng töø hoùa deã truøng vôùi caïnh cuûa khoái vuoâng [100] ( hình 4.4b).Vaäy trong tinh theå Fe coù 6 höôùng töø hoùa deã. Höôùng khoâng gian cuûa ñöôøng cheùo khoái vuoâng [111] laø höôùng khoù töø hoùa.ÔÛ Niken ,oâ cô baûn laø moät khoái vuoâng laäp phöông dieän taâm. Höôùng cuûa ñöôøng cheùo khoái vuoâng [111] laïi laø höôùng deã töø hoùa Trong khi ñoù Coban (ñöôïc tinh theå hoùa ôû daïng laêng truï luïc giaùc) chæ coù hai höôùng töø hoùa deã, truøng vôùi truïc Chöông 4: VAÄT LIEÄU TÖØ BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang135 cuûa laêng truï,töùc laø moâmen töø cuûa mieàn khi khoâng coù töø tröôøng ngoaøi chæ coù theå ñònh höôùng trong hai höôùng phaûn song song. Loaïi saét töø naøy goïi laø vaät lieäu vôùi moät truïc dò höôùng töø. Hình 4.5 Ñöôøng cong töø hoaù cuûa Fe vaø Ni theo höôùng tinh theå khaùc nhau Ñeå töø hoùa maãu tinh theå tôùi baõo hoøa doïc theo moät trong soá truïc deã töø hoùa caàn toán ít naêng löôïng hôn so vôùi höôùng khoù töø hoùa ( hình 4.5). Naêng löôïng cuûa töø tröôøng ngoaøi ñeå xoay vectô töø hoùa cuûa tinh theå saét töø ôû höôùng deã töø hoùa sang höôùng khoù töø hoùa ñöôïc goïi laø naêng löôïng thöïc teá cuûa dò höôùng töø hoùa tinh theå. Naêng löôïng naøy coù theå tính theo dieän tích cuûa hình giôùi haïn baèng caùc ñöôøng cong töø hoùa theo caùc höôùng tinh theå khaùc nhau ( phaàn gaïch cheùo trong hình 4.5). b. Töø treã Neáu saét töø ñöôïc töø hoùa tôùi baõo hoøa Bs sau ñoù ngaét khoûi tröôøng ngoaøi, thì caûm öùng töø khoâng trôû veà khoâng maø vaãn coøn moät giaù trò naøo ñoù Br, goïi laø caûm öùng töø dö (hình 4.6). Ñeå loaïi boû ñöôïc töø dö caàn phaûi coù töø tröôøng traùi daáu. Hình 4.6 Ñöôøng voøng töø treã ôû caùc giaù trò bieân ñoä töø tröôøng bieán thieân vaø ñöôøng cong töø hoaù chuû yeáu Cöôøng ñoä töø tröôøng khöû töø – Hc maø khi ñoù caûm öùng trong saét töø tieán veà khoâng goïi laø löïc khaùng töø. Chöông 4: VAÄT LIEÄU TÖØ BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang136 Taêng cöôøng ñoä tröôøng tôùi giaù trò lôùn hôn – Hc gaây ra söï töø hoùa ngöôïc laïi, laïi tôùi baõo hoøa – Bs. Vôùi bieân ñoä töø tröôøng ngoaøi khaùc nhau coù theå coù ñöôïc hoï voøng töø treã. Voøng töø treã khi töø thoâng baõo hoøa goïi laø voøng giôùi haïn. Neáu tieáp tuïc taêng cöôøng ñoä töø tröôøng dieän tích cuûa voøng töø treã khoâng thay ñoåi. Caûm öùng töø Br vaø löïc khaùng töø Hc laø caùc tham soá giôùi haïn cuûa voøng töø treã. Taäp hôïp cuûa ñænh caùc voøng töø treã hình thaønh ñöôøng cong töø hoùa chuû yeáu cuûa saét töø. Ñöôøng cong töø hoùa chuû yeáu cuûa vaät lieäu töø meàm ( coù Hc nhoû ) khoâng khaùc nhieàu ñoaïn ñöôøng cong khôûi ñaàu. c. Töø giaûo Söï thay ñoåi traïng thaùi töø cuûa maãu saét töø daãn tôùi söï thay ñoåi ñoä daøi vaø hình daïng cuûa noù, hieän töôïng naøy goïi laø töø giaûo. Coù hai loaïi töø giaûo : töï phaùt vaø tuyeán tính . Töø giaûo töï phaùt xuaát hieän khi coù söï chuyeån tieáp vaät chaát töø thuaän töø sang saét töø trong quaù trình laøm laïnh xuoáng döôùi nhieät ñoä Quiri. Töø giaûo tuyeán tính ñöôïc ñaùnh giaù baèng giaù trò bieán daïng maãu theo höôùng cuûa töø tröôøng: λ = Δl . Giaù trò cuûa λ phuï thuoäc vaøo loaïi caáu truùc, höôùng tinh theå, cöôøng l ñoä töø tröôøng vaø nhieät ñoä. Töø giaûo tuyeán tính coù theå döông hoaëc aâm, töùc laø kích thöôùc maãu theo höôùng cuûa töø tröôøng khi töø hoùa coù theå taêng hoaëc giaûm. Treân (hình 4.7) laø quan heä cuûa heä soá töø giaûo tuyeán tính vôùi cöôøng ñoä töø tröôøng cuûa caùc ña tinh theå saét töø nhö Fe.Ni,Co. Bieán daïng töø giaûo xuaát hieän ôû töø tröôøng baõo hoøa cuûa maãu goïi haèng soá töø giaûo λs . Nhö vaäy töø giaûo,cuõng nhö söï dò höôùng tinh theå, gaây khoù khaên cho quaù trình töø hoùa saét töø ôû tröôøng yeáu. Vì vaäy vaät lieäu töø coù haèng soá dò höôùng vaø haèng soá töø giaûo thaáp seõ coù heä soá töø thaåm cao. Hình 4.7 Söï phuï thuoäc bieán daïng töø giaûo cuûa ña tinh theå Fe, Ni, Co vôùi cöôøng ñoä töø tröôøng ngoaøi Treân hình 4.7 trong tröôøng yeáu saét vaø niken coù daáu cuûa haèng soá töø giaûo khaùc nhau. Ñieàu naøy ñöôïc söû duïng ñeå taïo ra hôïp kim cuûa Fe vaø Ni laø loaïi permaloi coù ñoä töø thaåm ban ñaàu cao . Trong Permaloi chöùa khoaûng 80% Ni, heä soá töø giaûo theo taát caû höôùng tinh theå chuû yeáu gaàn baèng 0. Chöông 4: VAÄT LIEÄU TÖØ BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang137 Haèng soá töø giaûo giaûm xuoáng khi ñoát noùng saét töø vaø seõ giaûm veà 0 taïi nhieät ñoä chuyeån tieáp vaät chaát vaøo traïng thaùi thuaän töø (ñieåm Quiri) d. Heä soá töø thaåm Töø ñöôøng cong töø hoùa saét töø deã daøng döïng quan heä cuûa heä soá töø thaåm μ vôùi cöôøng ñoä töø tröôøng H. Heä soá töø thaåm ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc μ = B μ0 H ñöôïc goïi laø heä soá töø thaåm töông ñoái. Giaù trò giôùi haïn cuûa heä soá töø thaåm khi cöôøng ñoä töø tröôøng tieán veà 0 goïi laø heä soá töø thaåm khôûi ñaàu μ H . Ñaëc tính naøy coù yù nghóa raát quan troïng trong kyõ thuaät khi söû duïng vaät lieäu töø.Coù theå xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm heä soá töø thaåm khôûi ñaàu ôû tröôøng yeáu vôùi cöôøng ñoä töø tröôøng khoaûng 0,1A/m. Trong vuøng töø hoùa thuaän nghòch cuûa saét töø heä soá töø thaåm tuaân theo coâng thöùc: μ = μ H + βH β - haèng soá, phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa vaät lieäuï 4.1.5 AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán töø tính cuûa saét töø: Khi laøm noùng saét töø ta seõ laøm yeáu vai troø trao ñoåi töông hoã beân trong noù, daãn tôùi quaù trình phaûn ñònh höôùng nhieät cuûa moâmen töø vaø giaûm töø hoùa töï phaùt. Khi nhieät ñoä lôùn hôn moät nhieät ñoä naøo ñoù seõ xaûy ra söï phaân chia laïi caáu truùc mieàn, töùc laø töø hoùa töï phaùt bieán maát vaø chuyeån vaøo traïng thaùi thuaän töø. Nhieät ñoä cuûa chuyeån tieáp pha ñoù goïi laø ñieåm töø Quiri. Gaàn ñieåm töø Quiri quan saùt thaáy haøng loaït söï khaùc thöôøng,ñoàng thôøi vôùi söï thay ñoåi caùc tính chaát khoâng töø cuûa saét töø nhö ñieän trôû suaát, nhieät dung rieâng, heä soá nôû daøi, vaø nhöõng tham soá khaùc. Hình 4.8 Söï phuï thuoäc μ cuûa saét töø vôùi nhieät ñoä ôû cöôøng ñoä töø tröôøng khaùc nhau: H4> H3 > H2 > H1 ( μ H töông öùng H1, coøn H4 laø vuøng baõo hoaø ) Ñaëc ñieåm cuûa quan heä naøy laø heä soá töø thaåm khoâng baèng nhau ôû töø tröôøng yeáu vaø maïnh ( hình 4.8). Heä soá töø thaåm khôûi ñaàu μ H coù ñieåm max raát roõ ôû nhieät ñoä thaáp hôn nhieät ñoä cuûa Quiri ñoâi chuùt. 4.1.6 Vaät lieäu saét töø trong töø tröôøng xoay chieàu: Chöông 4: VAÄT LIEÄU TÖØ BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang138 Toån hao töø: Töø hoùa saét töø trong tröôøng xoay chieàu daãn tôùi toån thaát naêng löôïng, laøm noùng vaät lieäu. Trong tröôøng hôïp toång quaùt toån hao cuûa töø hoùa laø toång cuûa toån hao treân voøng töø treã vaø toån hao do doøng ñieän xoaùy . Toån hao treân voøng töø treã (J/m3) treân moät chu kyø töø hoùa (chính xaùc hôn treân moät chu kyø thay ñoåi cuûa töø tröôøng ngoaøi ), treân moät ñôn vò theå tích vaät chaát, xaùc ñònh baèng dieän tích tónh cuûa voøng töø treã : Er = ∫ H.dB t Ñeå tính toån hao naøy coù theå söû duïng coâng thöùc gaàn ñuùng coù daïng: Er = ηBmn (4.1) η : Heä soá phuï thuoäc vaøo tính chaát cuûa vaät lieäu Bm: Caûm öùng cöïc ñaïi ñaït ñöôïc trong chu kyø quan saùt. n : Soá muõ coù giaù trò töø 1,6 tôùi 2 vaø phuï thuoäc vaøo Bm. Doøng ñieän xoaùy xuaát hieän trong moâi tröôøng daãn do coù söùc ñieän ñoäng töï caûm tyû leä vôùi toác ñoä thay ñoåi cuûa tröôøng. Töø ñoù coù theå phaân bieät töø treã tónh vôùi töø treã ñoäng: neáu nhö voøng töø treã tónh chæ bieåu thò toån thaát treân voøng, thì töø treã ñoäng coù theâm doøng ñieän xoaùy, töùc laø khi töø hoùa trong tröôøng xoay chieàu, voøng töø treã roäng ra. Trong tröôøng hôïp naøy toån thaát treân voøng töø treã Er treân moät chu kyø thay ñoåi cuûa töø tröôøng ngoaøi coù giaù trò khoâng ñoåi ôû daõi taàn soá khaù lôùn, coøn toån thaát treân doøng ñieän xoaùy ET taêng tyû leä vôùi taàn soá. Ñaëc tính thöïc teá hôn ñoù laø coâng suaát tích cöïc (töùc laø naêng löôïng tieâu toán treân moät ñôn vò thôøi gian) ñöôïc toûa ra trong saét töø khi töø hoùa noù,. Coâng suaát toån hao do doøng ñieän xoaùy, xaùc ñònh theo coâng thöùc thöïc nghieäm vaø coù daïng: PT = ET.f.V = f2B 2m V ξ (4.2) V- theå tích maãu ξ - heä soá, tyû leä vôùi ñieän daãn suaát cuûa vaät chaát vaø phuï thuoäc vaøo kích thöôùc hình hoïc vaø kích thöôùc maët caét ngang cuûa maãu töø hoùa. Theo (4.1) coâng suaát toån hao treân voøng töø treã coù theå tính: Pr = ηBmn f.V Do PT phuï thuoäc vaøo muõ bình phöông cuûa taàn soá, coøn Pr chæ phuï thuoäc vaøo muõ baäc nhaát cuûa taàn soá neân ôû taàn soá cao ñaàu tieân phaûi tính tôùi PT (töùc laø toån thaát treân doøng ñieän xoaùy) tröùôc Hình 4.9 Sô ñoà phaân boå doøng ñieän xoaùy trong maët caét ngang cuûa loõi saét töø: a/ Loõi ñaëc b/ Loõi gheùp Chöông 4: VAÄT LIEÄU TÖØ BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang139 Doøng ñieän xoaùy thöôøng xuyeân xuaát hieän trong maët phaúng, naèm vuoâng goùc vôùi töø tröôøng (hình 4.9a). Döôùi taùc ñoäng cuûa töø tröôøng bieán thieân trong baát kyø moät maïch voøng cuõng xuaát hieän suaát ñieän ñoäng caûm öùng tyû leä vôùi söï thay ñoåi taàn soá: U ~ E ~f.Bm Theo ñònh luaät Jun – Lens, coâng suaát toûa ra trong maïch voøng ñöôïc xaùc ñònh baèng bieåu thöùc: Pa = γ .E2 ~ γ .f2B 2m truøng vôùi coâng thöùc thöïc nghieäm(4.2) Ñeå giaûm toån thaát treân doøng ñieän xoaùy caàn phaûi söû duïng vaät lieäu töø coù ñieän trôû suaát cao, hoaëc raùp loõi töø nhöõng laù ñöôïc caùch ñieän vôùi nhau. Khi raùp loõi phaûi höôùng theo ñöôøng caûm öùng töø, nhö ñaõ chæ roõ treân (hình 4.9b). Coâng suaát tieâu taùn do doøng ñieän xoaùy treân moät ñôn vò khoái löôïng ñöôïc tính baèng W/Kg, vaø coù quan heä vôùi ñoä daøy cuûa laù h nhö sau: PT = PT 1 = 1,64γ .h 2 f 2 Bm2 . V .d d d- khoái löôïng rieâng cuûa vaät lieäu Toån thaát döôùi taùc ñoäng cuûa töø tröôøng laø do toàn taïi caûm öùng dö khi cöôøng ñoä töø tröôøng thay ñoåi. Keát quaû nghieân cöùu chæ ra raèng,söï töø hoùa saét töø giaûm xuoáng (sau khi loaïi boû töø tröôøng ngoaøi) xaûy ra khoâng töùc thôøi, maø sau moät thôøi gian naøo ñoù töø vaøi giaây tôùi moät vaøi phuùt. Thôøi gian xaùc ñònh traïng thaùi oån ñònh töø taêng leân raát nhanh khi nhieät ñoä giaûm xuoáng. Hieän töôïng noùi treân ñöôïc goïi laø ñoä nhôùt töø. Baûn chaát vaät lyù cuûa toån hao töø coù nhieàu ñieåm gioáng phaân cöïc löôõng cöïc trong toån hao ñieän moâò. Heä soá töø thaåm phöùc vaø goùc toån hao Khi ñöa saét töø vaøo tröôøng xoay chieàu heä soá töø thaåm phöùc ñöôïc moâ taû: μ ~ = μ ’- j μ ” μ ’ ñöôïc goïi laø heä soá töø thaåm ñaøn hoài μ ” ñöôïc goïi laø ñoä töø thaåm nhôùt. Goïi δ μ goïi laø goùc toån hao töø,ta coù: tg δ μ = μ ”/ μ ’ tg δ μ coù theå bieåu thò qua caùc tham soá cuûa sô ñoà thay theá. Sô ñoà naøy coù cuoän daây coù loõi töø ñieän caûm L maéc noái tieáp vôùi ñieän trôû ri (hình 4.10) Chöông 4: VAÄT LIEÄU TÖØ