Chất Sắt Từ | Vật Lý Đại Cương

Các chất sắt từ bao gồm những nguyên tố nhóm chuyển tiếp như Fe, Co, Ni, Gd và một số hợp kim của chúng, có từ tính mạnh. Độ từ hóa của sắt từ lớn hơn hàng triệu lần ở nghịch từ và thuận từ. Ngay cả khi không có từ trường ngoài, ở dưới một nhiệt độ TC nào đó (nhiệt độ tới hạn Curie) trong sắt từ vẫn tồn tại các momen từ tự phát. Bảng 15.3 dưới đây cho ta một vài thông số về từ tính của một số chất sắt từ.

Nhiệt độ Curie TC là điểm mà ở dưới nó (T < TC) thì vật liệu là sắt từ còn khi nhiệt độ cao hơn nó (T > TC) thì sắt từ trở thành thuận từ. Khi nhiệt độ tăng lên thì chẳng hạn từ độ của vật liệu giảm. Chính tại T = TC, từ độ sẽ bằng 0. Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ cảm từ ở sắt từ cũng tuân theo định luật Curie-Weiss như ở chất thuận từ:  \( \chi =\frac{C}{T-\theta } \)              (15.34)

Với  \( C=\frac{{{n}_{0}}{{\left( g{{\mu }_{B}}\sqrt{J(J+1)} \right)}^{2}}}{3{{k}_{B}}} \)    (15.35)  và  \( \theta ={{\lambda }_{w}}C  \) trong đó,  \( {{\lambda }_{w}} \) là hệ số Weiss.

Hình 15.10 mô tả sự phụ thuộc của từ độ bão hòa kỹ thuật JS và tỉ số  \( \frac{1}{\chi } \) vào nhiệt độ.

Ở tất cả các chất sắt từ đều biểu hiện tính từ dư. Tức là sau khi được từ hóa, nếu ngắt từ trường ngoài (H = 0) thì sắt từ vẫn còn giữ được từ tính (độ từ dư) và chúng chỉ biến mất khi bị từ hóa theo chiều ngược lại với một từ trường đủ mạnh (gọi là cường độ trường khử từ HC). Để đặc trưng cho tính từ dư của vật liệu người ta dùng một đường cong từ trễ trên hình 15.11, qua đó cho thấy cảm ứng từ, từ độ và cả độ cảm từ phụ thuộc phi tuyến vào từ trường từ hóa.

Thực nghiệm cũng chỉ ra rằng để từ hóa bão hòa (giá trị BS) phần lớn các vật liệu sắt từ chỉ cần một từ trường không lớn lắm (khoảng 105 A/m), trong khi ở thuận từ là 109 A/m. Ví dụ với Supermalloy FeMn ( \( H\sim1\text{ }A/m  \)); hợp kim AlNiCo ( \( H\sim{{5.10}^{4}}\text{ }A/m  \)).

Hiển nhiên là với từ độ và độ cảm tử lớn thì sắt từ cũng có độ từ thẩm  \( \mu =1+\chi  \) lớn và cảm ứng từ  \( B=\mu {{\mu }_{0}}H  \) cao, đồng thời có cường độ trường khử từ HC cao. Chẳng hạn sắt tinh khiết sau khi luyện trong hiđro có  \( \mu =280000 \), hợp kim FeCoMoSiB có  \( \mu =400000-600000 \), hợp kim permaloi (78% Ni, 22% Fe) có  \( \mu =80000 \); thép FeWC có cảm ứng từ bão hòa BS = 1,15 – 1,95 T, hợp kim FeCO có BS = 2,35 T; hợp kim Sm-Co có cảm ứng từ dư Br = 1 – 1,15 T và lực kháng từ HC = 750 – 850 kA/m, hợp kim NdFeB cho Br = 1,1 – 1,25 T và HC = 800 – 1000 kA/m, …

Ngoài ra sắt từ còn nhiều tính chất độc đáo khác như tính từ giảo (khi bị từ hóa vật sắt từ thay đổi kích thước hoặc ngược lại ở sắt từ có tính từ  giảo khi làm biến dạng cơ học thì cũng làm cho vật bị từ hóa), tính dị hướng từ (độ từ hóa theo các phương khác nhau của tinh thể sắt từ thì khác nhau), hiện tượng cộng hưởng sắt từ (khi đặt sắt từ vào trong từ trường không đổi H cũng có thể hấp thụ cộng hưởng sóng điện từ có tần số thích hợp), hiệu ứng quang từ (khi chiếu chùm ánh sáng – sóng điện từ – qua vật sắt từ thì mặt phẳng phân cực của chùm tia sáng khi đi qua vật hoặc phản xạ trên mặt vật bị quay đi một góc nào đó)…

Tất cả những tính chất nêu trên liên quan đến bản chất từ tính của sắt từ.