articlewriting1 1

Thuận từ – Wikipedia tiếng Việt

Học tập
400px Paramagnetic probe without magnetic field.svg Mô hình về cấu trúc mômen từ của chất thuận từ : hệ mômen từ của chất thuận từ được xem như những nam châm hút nhỏ, độc lập, không tương tác .

Thuận từ là những chất có từ tính yếu (trong ngành từ học xếp vào nhóm phi từ, có nghĩa là chất không có từ tính). Tính chất thuận từ thể hiện ở khả năng hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài, có nghĩa là các chất này có mômen từ nguyên tử (nhưng giá trị nhỏ), khi có tác dụng của từ trường ngoài, các mômen từ này sẽ bị quay theo từ trường ngoài, làm cho cảm ứng từ tổng cộng trong chất tăng lên.

Thuận từ và nghịch từ được xếp vào nhóm những chất phi từ, hoặc nhóm không có trật tự từ. Độ từ thẩm của những chất thuận từ là lớn hơn 1 nhưng giao động 1 ( chỉ chênh lệch cỡ 10 − 6 ). Từ tính yếu của thuận từ do hai yếu tố đem lại :

– Mômen từ nguyên tử

– Các mômen từ nguyên tử này nhỏ và trọn vẹn không tương tác với nhau .Các chất thuận từ điển hình là : ôxi, nhôm …

Chất thuận từ theo triết lý cổ xưa Langevin[sửa|sửa mã nguồn]

Từ tính của chất thuận từ được tính theo mômen từ nguyên tử mà trong đó, coi rằng những mômen từ này không tương tác ( không sống sót tương tác trao đổi trong những chất thuận từ ). Tổng thống kê của hệ sẽ được cho bởi [ 1 ] :

Θ
(
T
,
H
)
=

0

π

exp

(

μ

0

×
H
×
cos

θ

k

B

T

)

×
2
π
×
sin

θ

d
θ

{\displaystyle \Theta (T,H)=\int _{0}^{\pi }\exp \left(-{\frac {\mu _{0}\times H\times \cos {\theta }}{k_{B}T}}\right)\times 2\pi \times \sin {\theta }d\theta }

{\displaystyle \Theta (T,H)=\int _{0}^{\pi }\exp \left(-{\frac {\mu _{0}\times H\times \cos {\theta }}{k_{B}T}}\right)\times 2\pi \times \sin {\theta }d\theta }

Θ
(
T
,
H
)
=
4
π
×

k

B

T

μ

0

H

×
sh

(

μ

0

H

k
T

)

{\displaystyle \Theta (T,H)=4\pi \times {\frac {k_{B}T}{\mu _{0}H}}\times \operatorname {sh} \left({\frac {\mu _{0}H}{kT}}\right)}

{\displaystyle \Theta (T,H)=4\pi \times {\frac {k_{B}T}{\mu _{0}H}}\times \operatorname {sh} \left({\frac {\mu _{0}H}{kT}}\right)}

và độ từ hóa của chất thuận từ được xác lập bởi :

M
=

N
V

μ

H

¯

=

N
V

×


Θ
(
T
,
H
)


H

{\displaystyle M={\frac {N}{V}}{\overline {\mu _{H}}}=-{\frac {N}{V}}\times {\frac {\partial \Theta (T,H)}{\partial H}}}

{\displaystyle M={\frac {N}{V}}{\overline {\mu _{H}}}=-{\frac {N}{V}}\times {\frac {\partial \Theta (T,H)}{\partial H}}}

M
=

N
V

×

μ

0

×

[

cth

(

μ

0

H

k

B

T

)

k

B

T

μ

0

H

]

{\displaystyle M={\frac {N}{V}}\times \mu _{0}\times \left[\operatorname {cth} \left({\frac {\mu _{0}H}{k_{B}T}}\right)-{\frac {k_{B}T}{\mu _{0}H}}\right]}

{\displaystyle M={\frac {N}{V}}\times \mu _{0}\times \left[\operatorname {cth} \left({\frac {\mu _{0}H}{k_{B}T}}\right)-{\frac {k_{B}T}{\mu _{0}H}}\right]}

với :

k

B

,
H
,
T

{\displaystyle k_{B},H,T}

{\displaystyle k_{B},H,T} là hằng số Boltzmann, từ trường ngoài và nhiệt độ.

N
,
V
,

μ

0

{\displaystyle N,V,\mu _{0}}

{\displaystyle N,V,\mu _{0}} là số nguyên tử, thể tích của vật và mômen từ của một nguyên tử.

Theo lý thuyết lượng tử[sửa|sửa mã nguồn]

Trong cơ học lượng tử, từ độ được xác lập bằng chiêu thức thống kê lượng tử và cho hiệu quả tựa như :

M
=

μ

B

×

N
V

×

[

(
2
S
+
1
)
.
cth

(

(
2
S
+
1
)

μ

B

H

k

B

T

)


cth

(

μ

B

H

k

B

T

)

]

{\displaystyle M=\mu _{B}\times {\frac {N}{V}}\times \left[(2S+1).\operatorname {cth} \left({\frac {(2S+1)\mu _{B}H}{k_{B}T}}\right)-\operatorname {cth} \left({\frac {\mu _{B}H}{k_{B}T}}\right)\right]}

{\displaystyle M=\mu _{B}\times {\frac {N}{V}}\times \left[(2S+1).\operatorname {cth} \left({\frac {(2S+1)\mu _{B}H}{k_{B}T}}\right)-\operatorname {cth} \left({\frac {\mu _{B}H}{k_{B}T}}\right)\right]}

với

μ

B

,
S

{\displaystyle \mu _{B},S}

{\displaystyle \mu _{B},S} là Bohr magneton và mômen spin.

Chất thuận từ trong những số lượng giới hạn[sửa|sửa mã nguồn]

  • Trong giới hạn từ trường nhỏ
Từ hàm từ độ của chất thuận từ, có thể khai triển gần đúng trong giới hạn từ trường nhỏ (hoặc nhiệt độ cao):
Khi μ 0 H k B T ≪ 1 { \ displaystyle \ { \ frac { \ mu _ { 0 } H } { k_ { B } T } } \ ll 1 }{\displaystyle \ {\frac {\mu _{0}H}{k_{B}T}}\ll 1}cth ⁡ ( μ 0 H k B T ) ≈ μ 0 H 3 k B T + k B T μ 0 H { \ displaystyle \ operatorname { cth } \ left ( { \ frac { \ mu _ { 0 } H } { k_ { B } T } } \ right ) \ approx { \ frac { \ mu _ { 0 } H } { 3 k_ { B } T } } + { \ frac { k_ { B } T } { \ mu _ { 0 } H } } }{\displaystyle \operatorname {cth} \left({\frac {\mu _{0}H}{k_{B}T}}\right)\approx {\frac {\mu _{0}H}{3k_{B}T}}+{\frac {k_{B}T}{\mu _{0}H}}}
M = N V × μ 0 2 H 3 k B T { \ displaystyle M = { \ frac { N } { V } } \ times { \ frac { \ mu _ { 0 } ^ { 2 } H } { 3 k_ { B } T } } }{\displaystyle M={\frac {N}{V}}\times {\frac {\mu _{0}^{2}H}{3k_{B}T}}}
  • Trong giới hạn từ trường lớn và nhiệt độ thấp
Ở nhiệt độ thấp và từ trường đủ lớn ( μ B H k B T ≫ 1 ) { \ displaystyle \ left ( { \ frac { \ mu _ { B } H } { k_ { B } T } } \ gg 1 \ right ) }{\displaystyle \left({\frac {\mu _{B}H}{k_{B}T}}\gg 1\right)}
M = 2 S × N V × μ B { \ displaystyle M = 2S \ times { \ frac { N } { V } } \ times \ mu _ { B } }{\displaystyle M=2S\times {\frac {N}{V}}\times \mu _{B}}

Siêu thuận từ[sửa|sửa mã nguồn]

Là một trạng thái của chất những chất sắt từ đạt được khi kích cỡ những hạt nhỏ hơn số lượng giới hạn siêu thuận từ, khi đó chất sẽ mang hành vi như một chất thuận từ với từ độ lớn và biến thiên theo hàm Langevin .

  1. ^ Buschow K.H.J, de Boer F.R. (2004).

    Physics of Magnetism and Magnetic Materials. Kluwer Academic / Plenum Publishers. ISBN 0-306-48408-0.