riêng biệt | A | Ă | Â | B | C | D | Đ | E | Ê | F | G | H | I | J | K
L | M | N | O | Ô | Ơ | P | Q | R | S | T | U | Ư | V
W | X | Y | Z | Tất cả
N |
---|
![]() | nam châm 1 | |||
---|---|---|---|---|
Nam châm I.Tổng quát : Lịch sử: Vào một lúc nào đó trước năm 800 TCN, người Hy Lạp tìm thấy một loại đá lạ lung màu đen. Có lẽ Thales người thành Mietus, về sau đã viết về việc hút kim loại của loại đá lạ này, nhưng xem chừng người Hy Lạp chưa khám phá ra khả năng quay về phương bắc của nó. Người Trung Hoa đã khám phá ra điều này khoảng 300 năm sau. Vùng đất mà người ta tìm thấy loại đá này lần đầu là Magnesi nên người ta lấy nó mà đặt tên cho loại đá này ( Magnetite), và cho bất cứ cái gì có đặc tính giống như nó (Magnet-nam châm). Khái niệm Nam châm là một nguồn từ có hai cực: Bắc và Nam, và một từ trường tạo từ các đường từ đi từ cực Bắc (N) đến cực Nam (S). nam châm chữ U
Sự tương tác của các cực từ cũng giống như tương tác giữa các điện tử: các cực cùng loại đẩy nhau và các cực khác loại hút nhau. Tuy nhiên, có một sự khác nhau cơ bản giữa cực từ và điện tử là các cực từ bao giờ cũng xuất hiện thành từng cặp có cùng cường độ và khác loại. Nếu bẻ gãy một đầu cực của nó thì phần còn lại vẫn là một thanh nam châm với đầy đủ hai cực => Ta không thể tách cực Bắc và cực Nam của một thanh nam châm ra khỏi nhau cho dù thanh nam châm đã trở nên vô cùng nhỏ. Trong cuộc sống hằng ngày, có thể nhận ra nam châm là các vật có khả năng hút và đẩy vật bằng sắt hay thép non. Trong từ học, nam châm là một vật có khả năng sinh một lực dùng để hút hay đẩy một từ vật hay một vật có độ cảm từ cao khi nằm gần nam châm. Lực phát sinh từ nam châm gọi là từ lực. II. Các loại nam châm 1) Nam châm điện : sơ đồ 1 nam châm điện đầu tiên • Nguồn gốc : Nam châm điện lần đầu tiên được phát minh bởi nhà điện học người Anh William Sturgeon (1783-1850) vào năm 1825. Nam châm điện của Sturgeon là một lõi sắt non hình móng ngựa có một số vòng dây điện cuốn quanh. Khi cho dòng điện sinh ra bởi một pin nhỏ chạy qua, lõi sắt bị từ hóa và cảm ứng từ sinh ra đủ mạnh để hút lên được một hộp sắt nặng 7 ounce. Khi ngắt dòng điện, từ trường của lõi cũng biến mất • Khái niệm : Nam châm điện là một dụng cụ tạo từ trường hay một nguồn sản sinh từ trường hoạt động nhờ từ trường sinh ra bởi cuộn dây có dòng điện lớn chạy qua. Cảm ứng từ của nam châm điện được dẫn và tạo thành lớn nhờ việc sử dụng một lõi dẫn từ làm bằng vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn và cảm ứng từ bão hòa cao. Khác với nam châm vĩnh cửu có cảm ứng từ cố định, nam châm điện có cảm ứng từ có thể thay đổi được nhờ việc điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây. ► Các loại nam châm điện : Cuộn dây: Một dây dẩn điện với vài vòng quấn Vòng dây : Một dòng tròn dẩn điện với vài nhiều vòng quấn ► Cấu tạo : Nam châm điện gồm hai phần là cuộn dây tạo từ trường và lõi dẫn (khuếch đại) từ. • Khái niệm : Nam châm vĩnh cửu là các vật được cấu tạo từ các vật liệu từ cứng có khả năng giữ từ tính không bị mất • Phân loại theo vật liệu :
Là loại nam châm vĩnh cửu đầu tiên của loài người được sử dụng dưới dạng các "đá nam châm", được sử dụng từ thời cổ đại, có ngay trong tự nhiên nhưng khi khoa học kỹ thuật phát triển loại này không còn được sử dụng do từ tính rất kém.
Là loại nam vĩnh cửu được sử dụng từ thế kỷ 18 đến giữa thế kỷ 20 với khả năng cho từ dư tới hơn 1 T, nhưng lực kháng từ rất thấp nên từ tính cũng dễ bị mất. Lại nam châm này hầu như không còn được sử dụng hiện nay.
Là loại nam châm được chế tạo từ vật liệu từ cứng là hợp kim của nhôm, niken, côban và một số các phụ gia khác như đồng, titan..., là loại nam châm cho từ dư cao (tới 1,2-1,5 T) nhưng có lực kháng từ chỉ xung quanh 1 kOe, đồng thời giá thành cũng khá cao nên hiện nay tỉ lệ sử dụng ngày càng giảm dần (chỉ còn không đầy 10% thị phần sử dụng).
Là loại nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ các ferit từ cứng (ví dụ ferit Ba, Sr..) là các vật liệu dạng gốm. Nam châm ferit có ưu điểm là rất dễ chế tạo, gia công, giá thành rẻ và độ bền cao. Tuy nhiên, vì đây là nhóm các vật liệu feri từ đồng thời có hàm lượng ôxy cao nên có từ độ khá thấp, có lực kháng từ từ 3 đến 6 kOe, có khả năng cho tích năng lượng từ cực đại lớn nhất không quá 6 MGOe. Loại nam châm này hiện nay chiếm tới hơn 50% thị phần sử dụng nam châm vĩnh cửu do những ưu điểm về giá thành cực rẻ, khả năng chế tạo, gia công và độ bền.
Là loại nam châm vĩnh cửu được tạo ra từ các vật liệu từ cứng là các hợp kim hoặc hợp chất của các kim loại đất hiếm và kim loại chuyển tiếp.
☼ Nam châm nhiệt độ cao SmCo:
Là hệ các nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ hợp chất ban đầu là SmCo5 được phát minh năm 1966 bởi tiến sĩ Karl J. Strnat của U.S. Air Force Materials Laboratory (Mỹ) có tích năng lượng từ cực đại 18 MGOe, sau đó Karl J. Strnat lại phát minh ra hợp chất Sm2Co17 có tích năng lượng từ tới 30 MGOe vào năm 1972. Hệ nam châm SmCo có nhiệt độ Curie rất cao (có thể đạt tới 1100oC) và có lực kháng từ cực lớn (tới vài chục kOe) nhờ cấu trúc dạng lá đặc biệt. Nhờ có nhiệt độ Curie cao và lực kháng từ lớn nên được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao (ví dụ trong động cơ phản lực...).
☼ Nam châm NdFeB: Là hệ các nam châm dựa trên hợp chất R2Fe14B (R là ký hiệu chỉ các nguyên tố đất hiếm ví dụ như Nd, Pr...) có cấu trúc tinh thể kiểu tứ giác với lực kháng từ lớn (hơn 10 kOe) và từ độ bão hòa rất cao (tới 1,56 T) nên là loại nam châm vĩnh cửu mạnh nhất hiện nay với khả năng cho tích năng lượng từ tới 64 MGOe (tính toán theo lý thuyết) và hiện nay đã xuất hiện loại nam châm Nd2Fe14B có tích năng lượng từ 57 MGOe. Tuy nhiên, loại nam châm này lại không thể sử dụng ở nhiệt độ cao do có nhiệt độ Curie chỉ 312oC. Nam châm Nd2Fe14B lần đầu tiên được phát minh năm 1983 bởi R. Sagawa (Nhật Bản). Điểm yếu chung của các nam châm đất hiếm là có giá thành cao (do chứa nhiều các nguyên tố đất hiếm đắt tiền), có độ bền kém (do các nguyên tố đất hiếm có tính ôxy hóa rất cao). Vì những điểm yếu này mà nam châm đất hiếm tuy là loại mạnh nhất nhưng vẫn không phải là loại được sử dụng nhiều nhất (đứng sau nam châm ferit). ☼ Nam châm tổ hợp nano: Là loại nam châm mới ra đời từ đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20, là loại nam châm có cấu trúc tổ hợp của 2 pha từ cứng và từ mềm ở kích thước nanomet. Các pha từ cứng (chiếm tỉ phần thấp) cung cấp lực kháng từ lớn, pha từ mềm cung cấp từ độ lớn. Tính chất tổ hợp này có được là nhờ liên kết trao đổi đàn hồi giữa các hạt pha từ cứng và từ mềm ở kích thước nanomet. Loại nam châm này được tính toán có khả năng cho tích năng lượng từ khổng lồ hơn 3 lần so với nam châm mạnh nhất hiện nay là NdFeB nhưng thực nghiệm mới chỉ đạt được rất nhỏ so với lý thuyết và các sản phẩm thực nghiệm mới trong giai đoạn sản xuất thử nghiệm. • Phân loại theo phương pháp chế tạo: ☼ Nam châm đẳng hướng (Isotropic magnets): Là nam châm vĩnh cửu được chế tạo bằng cách ép đẳng tĩnh mà không sử dụng các phương pháp định hướng ban đầu (từ trường...). ☼ Nam châm dị hướng (Anisotropic magnets): Là nam châm được định hướng trong quá trình ép đẳng tĩnh bằng từ trường. Khi đó, các hạt đơn đômen trong vật liệu sẽ bị định hướng theo chiều từ trường, tạo nên khả năng dễ dàng từ hóa theo phương định hướng. ☼ Nam châm kết dính: Là các nam châm được chế tạo bằng cách nghiền thành bột mịn, sau đó trộn với keo kết dính (ví dụ epoxy) và ép trong từ trường định hướng. Các keo vừa có tác dụng kết dính, lại vừa có tác dụng đông cứng sự định hướng của các hạt. ☼ Nam châm thiêu kết: Là nam châm được chế tạo bằng cách thiêu kết các bột kim loại được nghiền mịn và ép khuôn. Việc thiêu kết nhằm tạo ra hợp chất có thành phần hợp phức xác định với tính chất từ của hợp chất đó. ___________________ ‼ Tại sao nam châm chỉ hút sắt mà ko hút nhôm, đồng, gang, thép...:
Đa số vật chất đều do các phân tử cấu tạo thành, phân tử do các nguyên tử tạo nên, nguyên tử lại do các nhân nguyên tử và các hạt điện cấu tạo thành. Các hạt điện liên tục vận động trong nguyên tử và xoay chuyển xung quanh hạt nhân nguyên tử, hai loại vận động này sẽ sinh ra từ tính. Nhưng, trong đa số các vật chất, phương thức vận động của các hạt điện là hoàn toàn khác nhau và rất hỗn loạn, điều này làm cho hiệu ứng từ bên trong các vật chất tự triệt tiêu lẫn nhau. Vì vậy, trong trường hợp bình thường, các vật chất đều không có từ tính.
Cực nam - cực bắc
Cũng như Trái Đất, nam châm cũng có 2 cực là cực bắc và cực nam, tuy nhiên lại không trùng với 2 cực địa lý. Từ cực Bắc có toạ độ 700 Vĩ Bắc Và 960 Kinh Tây, trên lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý 800 km. Từ cực Nam có toạ độ 730 Vĩ Nam và 1560 Kinh Đông ở vùng Nam cực, cách cực Nam địa lý 1000 km Sự tái tạo lại cực của nam châm: ở phần trên, ta đã biết nam châm được cấu tạo từ các hạt mang từ tính, mỗi hạt đó đều có 2 cực, được sắp xếp xen kẽ nhau. Cực nam của mỗi hạt quay về 1 phía tạo nên cực nam của nam châm. Cực bắc của mỗi hạt quay về 1 phía tạo nên cực bắc của nam châm.
Màu đỏ là cực bắc Màu xanh là cực nam
Do sự sắp xếp đó, nên khi bẻ thanh nam châm, nên cái phần bị bẻ gãy lại tiếp tục chia cực bắc và nam
| ||||
|
![]() | nam châm hình chữ U | |||
---|---|---|---|---|
Nhóm thực hiện: Thân Trọng Tường Ngọc Trương Hoàng Bích Châu Lớp 11A3-trường Lê Hồng Phong
Nam châm chữ U
Trong cuộc sống hằng ngày, có thể nhận ra nam châm là các vật có khả năng hút và đẩy vật bằng sắt hay thép non. Trong từ học, nam châm là một vật có khả năng sinh một lực dùng để hút hay đẩy một từ vật hay một vật có độ cảm từ cao khi nằm gần nam châm. Lực phát sinh từ nam châm gọi là từ lực
Cấu tạo của nam châm chữ U Nam châm chữ u là một nguồn từ có hai cực, được uốn cong thành hình chữ U, một cạnh là cực bắc, một cạnh là cực nam. Thành phần của nó bao gồm iron, nickel, cobalt,... Nam châm gồm rất nhiều vùng từ tính nhỏ gọi là miền. Nam châm hình chữ U có miền lớn, vì thông thường chúng là những mẩu sắt cứng với miền được bao bọc bởi các tạp chất carbua sắt.
Đặc điểm của nam châm chữ U Nam châm chữ U thường được chế tạo nhằm tập trung các đường sức từ so với nam châm đạng thanh dài thông thường (việc này cũng đồng nghĩa với việc làm tăng lực từ ở giữa 2 cực của nam châm). Bằng cách hướng 2 đầu của thanh nam châm thường về cùng một phía (như hình chữ U hay hình móng ngựa), hai cực của nam châm sẽ gần nhau hơn và gần như song song với nhau, điều này dẫn đến việc các đường sức từ sẽ tập trung ở vùng giữa 2 cực này (và có thể xem như chúng song song với nhau), vì vậy mà lực tù được tăng cường đáng kể. Nếu nam châm chữ U được giữ đúng cách, nó có thể duy trì lực từ trong khỏang 20 năm. Nhưng nếu bạn có thiết bị tái tạo từ tíng cho nam châm, thì bạn sẽ giữ được từ tính của nam châm mãi mãi. Thông tin thêm: nếu đặt một thanh nam châm thẳng vào hai đầu thanh nam châm chữ U hay nếu uốn một thanh nam châm lại thành vòng tròn như chiếc nhẫn, thì những đường sức từ thậm chí có thề hướng lên trên (vào không khí). Nam châm chữ U được ứng dụng trong chế tạo đàn ghita, ngành đường sắt…
Từ trường trong nam châm chữ U Nam châm chữ u có điểm đặc biệt khác với các loại nam châm khác là từ trường của nó. Do cấu tạo đặc biệt đã nêu, các đường sức từ ở giữa hai cực của nam châm hình chữ U là các đường gần như song song với nhau và cách nhau khá đều. Từ đó, ta có thể coi từ trường trong khỏang giữa hai cực của nam châm hình chữ U là từ trường đều.
Nam châm kiểu mới Các nam châm kiểu mới sử dụng những chất liệu như alnico (hợp chất gồm nhôm - nickel - cobalt) và cobalt samarium có cấu trúc nội tại ngăn chặn sự thoái hóa của các mạch từ. Đặc biệt là lọai nam châm thế hệ mới có lực từ mạnh và từ tính duy trì rất lâu, vì vậy nó bền hơn nam châm chữ U. | ||||
|
![]() | nam châm vĩnh cữu | |||
---|---|---|---|---|
Nam châm vẫn còn giữ được từ tính, sau khi từ trường từ hóa nó triệt tiêu. Nam châm vĩnh cữu thường được làm bằng những chất có độ từ dư lớn, như các loại ferit… được từ hóa bằng cách đặt trong từ trường của một cuộn dây có dòng điện một chiều đi qua. Thường dùng để tạo ra một từ trường mạnh, không thay đổi, chẳng hạn để chế tạo điện kế khung quay, loa, kim la bàn. | ||||
|
![]() | nam châm điện | |||
---|---|---|---|---|
Thiết bị dùng dòng điện để tạo từ trường. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây bao quanh lõi sắt son, từ trường được tạo ra tập trung trong lõi đó và vùng không gian gần các cực của nó. Lõi sắt non thường có độ từ dư lớn (để tạo ra từ trường mạnh) và độ từ dư thật nhỏ (để sau khi ngắt dòng điện thì từ trường cũng triệt tiêu luôn). Nam châm điện thường dùng trong các máy điện, các thiết bị hút vật nặng (cần cầu).v.v… | ||||
|
![]() | Năng lượng cơ của nhiệt | |||
---|---|---|---|---|
Nếu biến đổi hoàn toàn 1 đơn vị nhiệt lượng là calo, thành công cơ học thì thu được 4,18 jun. Đẳng thức 1 calo=4,18 J gọi là đương lượng cơ của nhiệt. | ||||
|
![]() | năng lượng từ trường | |||
---|---|---|---|---|
Năng lượng định xứ
trong vùng không gian có từ trường. Mật độ năng lượng từ trường trong môi
trường đẳng hướng phi sắt tử là «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mfrac»«msup»«mi»B«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mrow»«mn»2«/mn»«csymbol»«mo»§#956;«/mo»«/csymbol»«msub»«csymbol»«mo»§#956;«/mo»«/csymbol»«mn»0«/mn»«/msub»«/mrow»«/mfrac»«/math»
Trong đó là cảm ứng từ, «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«msub»«csymbol»«mo»§#956;«/mo»«/csymbol»«mn»0«/mn»«/msub»«/math»là hằng số từ và «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«csymbol»«mo»§#956;«/mo»«/csymbol»«/math»là độ từ thẩm của môi trường. | ||||
|