Báo cáo Sự từ hoá các chất – sắt từ

Bài báo cáo số 4: SỰ TỪ HOÁ CÁC CHẤT – SẮT TỪ Các chất thuận từ và nghịch từ: Các chất trong tự nhiên khi đặt trong từ trường đều bị từ hoá. Tuy nhiên không phải chất nào cũng có khả năng bị từ hoá như nhau. Chỉ một số chất có tính từ hoá mạnh (sắt từ - sẽ xét ở phần 2) và đa số còn lại là các chất có tính từ hoá yếu, bao gồm: chất thuận từ và chất nghịch từ. Chất thuận từ: Chất thuận từ là chất có mômen từ nguyên từ, nhưng mômen từ này rất nhỏ, có thể xem một cách đơn giản các nguyên tử của chất thuận từ như các nam châm nhỏ (xem hình 4), nhưng không liên kết được với nhau (do khoảng cách giữa chúng xa và mômen từ yếu). Hình 1. Hình ảnh đơn giản về chất thuận từ. Khi đặt từ trường ngoài vào chất thuận từ, các "nam châm" (mômen từ nguyên tử) sẽ có xu hướng bị quay theo từ trường, vì thế mômen từ của chất thuận từ là dương, tuy nhiên do mỗi "nam châm" này có mômen từ rất bé, nên mômen từ của chất thuận từ cũng rất nhỏ. Hơn nữa, do các nam châm này không hề có tương tác với nhau nên chúng không giữ được từ tính, mà lập tức bị mất đi khi ngắt từ trường ngoài. Như vậy, chất thuận từ về mặt nguyên lý cũng bị hút vào từ trường (một hình ảnh ví dụ là Ôxy lỏng bị hút vào cực của nam châm điện (hình 5 - Haliday et al. Fundamentals of Physics, 7th Ed.) nhưng thực tế, bức tranh này ta chỉ quan sát thấy trong từ trường mạnh. Kết luận: (tóm tắt ý chính cần nhớ) 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. Một số chất thuận từ điển hình là Al, Na, O2, Pt... Chất nghịch từ: "Nghịch" ở đây có thể hiểu là chống lại từ trường. Đó là thuộc tính cố hữu của mọi vật chất. Ta biết rằng, khi đặt một vật vào từ trường, theo quy tắc cảm ứng điện từ, trong nội tại của nguyên tử sẽ sinh ra dòng cảm ứng theo quy tắc Lenz, tức là dòng sinh ra sẽ có xu thế chống lại nguồn sinh ra nó (từ trường), và tạo ra một mômen từ phụ ngược với chiều của từ trường ngoài. Đó là tính nghịch từ. Chất nghịch từ là chất không có mômen từ nguyên từ (tức là mômen từ sinh ra do các điện tử bù trừ lẫn nhau), vì thế khi đặt một từ trường ngoài vào, nó sẽ tạo ra các mômen từ ngược với từ trường ngoài (quy tắc nghịch từ nói ở trên). Theo nguyên lý, vật nghịch từ sẽ bị đẩy ra khỏi từ trường. Nhưng thông thường, ta khó mà quan sát được hiệu ứng này bởi tính nghịch từ là rất yếu (độ từ thẩm của chất nghịch là nhỏ hơn và xấp xỉ 1 - độ cảm từ âm và rất bé, tới cỡ 10-6). Các chất nghịch từ điển hình là H2O, Si, Bi, Pb, Cu, Au... Trong từ trường thì các chất thuận từ và nghịch từ bị từ hoá, nhưng khi ta khử từ trường ngoài thì các vật này nhanh chóng trở lại trạng thái bình thường, khi đó từ tính của chúng bị mất Các chất sắt từ Các chất có tính từ hoá mạnh hợp thành một nhóm gọi là chất sắt từ. Các chất sắt từ điển hình: Fe, Ni, Co, Gd, Giải thích tính từ hoá của sắt: (sgk/166) Thông tin thêm: Sắt từ là các chất có từ tính mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt (Fe), và tên gọi "sắt từ" được đặt cho nhóm các chất có tính chất từ giống với sắt. Các chất sắt từ có hành vi gần giống với các chất thuận từ ở đặc điểm hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài. Tính sắt từ dùng để chỉ thuộc tính (từ tính mạnh) của các chất sắt từ. Chất sắt từ là một trong những vật liệu được sử dụng sớm nhất trong lịch sử loài người, với việc sử dụng các đá nam châm làm la bàn hoặc làm các vật dụng hút sắt thép (thực chất đó là các quặng Fe3O4) từ hơn 2000 năm trước (mà xuất phát là từ Trung Hoa và Hy Lạp cổ đại). Các chất sắt từ (ví dụ như sắt (Fe), côban (Co), niken (Ni), gađôli (Gd)... là các chất sắt từ điển hình. Các chất này là các chất vốn có mômen từ nguyên tử lớn (ví dụ như sắt là 2,2 μB, Gd là 7 μB...) và nhờ tương tác trao đổi giữa các mômen từ này, mà chúng định hướng song song với nhau theo từng vùng (gọi là các đômen từ tính. Mômen từ trong mỗi vùng đó gọi là từ độ tự phát - có nghĩa là các chất sắt từ có từ tính nội tại ngay khi không có từ trường ngoài. Đây là các nguồn gốc cơ bản tạo nên các tính chất của chất sắt từ Sắt từ mềm: Dễ từ hóa và dễ khử từ Thường được dùng làm vật liệu hoạt động trong từ trường ngoài, ví dụ như lõi biến thế, lõi nam châm điện, các lõi dẫn từ... Một số loại sắt từ mềm: tôn silic, hợp kim Permalloy, hợp kim FeCo, gốm ferrite MO.Fe2O3, hợp kim vô định hình và nano tinh thể Một số loại sắt từ mềm: Tôn Silic: Là hợp kim của sắt (khoảng 85%), với Silic (Si), hoặc chứa thêm khoảng 5,4% nhôm (Al), còn được gọi là hợp kim Sendust, là một trong những vật liệu sắt từ mềm được dùng phổ biến nhất có độ cứng cao, có độ từ thẩm cao và tổn hao trễ thấp. Tuy nhiên, vật liệu này trên nền kim loại, nên có điện trở suất thấp, do đó không thể sử dụng ở tần số cao do sẽ làm xuất hiện tổn hao xoáy lớn. Hợp kim Permalloy: Là hợp kim của niken (Ni) và sắt (Fe), có lực kháng từ rất nhỏ, độ từ thẩm rất cao (vật liệu Ni75Fe25 có độ từ thẩm ban đầu lớn tới 10000), có độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn cao. Tuy nhiên, permalloy có từ độ bão hòa không cao. Hợp kim FeCo: là các hợp kim từ mềm có từ độ bão hòa cao, nhiệt độ Curie cao Các vật liệu gốm ferrite: Là hợp chất của ôxit Fe (Fe2O3) với một ôxit kim loại hóa trị 2 khác, có công thức chung là MO.Fe2O3. Các ferrite mang bản chất gốm, nên có điện trở suất rất cao nên tổn hao dòng xoáy của ferrite rất thấp, được dùng cho các ứng dụng cao tần và siêu cao tần. Hợp kim vô định hình và nanô tinh thể: Là các hợp kim nền sắt hay cô ban (Co), ở trạng thái vô định hình, do đó có điện trở suất cao hơn nhiều so với các hợp kim tinh thể, đồng thời có khả năng chống ăn mòn, độ bền cơ học cao, và có thể sử dụng ở tần số cao hơn so với các vật liệu tinh thể nền kim loại. Vật liệu vô định hình không có cấu trúc tinh thể, nên triệt tiêu dị hướng từ tinh thể, vì thế nó có tính từ mềm rất tốt. Vật liệu vô định hình nền Co còn có từ giảo bằng 0 nên còn có lực kháng từ cực nhỏ. Khi kết tinh từ trạng thái vô định hình, ta có vật liệu nano tinh thể, là các hạt nanô kết tinh trên nền vô định hình dư, triệt tiêu từ giảo từ tổ hợp hai pha vô định hình và tinh thể nên có tính từ mềm cực tốt và có thể sử dụng ở tần số cao. Vật liệu từ mềm nano tinh thể thương phẩm tốt nhất là [FINEMET] (Fe73,5Si13,5B9Nb3Cu1) được phát minh bởi Yoshizawa (Hitachi Metal Ltd, Nhật Bản) năm 1988 và nhiều thế hệ khác được phát triển sau đó. Sắt từ cứng: Khó khử từ và khó bị từ hóa Dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu hoặc được sử dụng làm vật liệu ghi từ trong các ổ đĩa cứng, các băng từ Một số loại sắt từ cứng: hợp kim AlNiCo, gốm ferrite (BaFexO, SrFexO), sắt từ cứng liên kim loại chuyển tiếp - đất hiếm, hợp kim FePt và CoPt, nam châm tổ hợp trao đổi đàn hồi, Một số loại sắt từ cứng: Hợp kim AlNiCo: Là hợp kim được sử dụng trong nam châm vĩnh cửu, có thành phần chủ yếu là nhôm (Al), niken và côban (Co), có thể có thêm các thành phần phụ gia như đồng (Cu), titan (Ti),... Hợp kim này có từ dư cao, nhưng có lực kháng từ khá nhỏ (thường không vượt quá 2 kOe) và có giá thành cao. Hình 2. Cấu trúc tinh thể của NdFeB Vật liệu từ cứng ferrite: Là các gốm ferrite, mà điển hình là ferrite bari (BaFexO), stronsti (SrFexO) và có thể bổ sung các nguyên tố đất hiếm (ví dụ lanthannium (La)) để cải thiện tính từ cứng. Ferrite là vật liệu có 2 phân mạng từ bù trừ nhau, và chứa hàm lượng ôxi lớn nên khó tạo ra từ độ lớn, nhưng lại có lực kháng từ lớn hơn rất nhiều so với AlNiCo. Lực kháng từ của ferrite có thể đạt tới 5 kOe. Ferrite có điểm mạnh là rẻ tiền, chế tạo dễ dàng và có độ bền cao. Vì thế nó chiếm phần lớn thị phần nam châm thế giới (tới hơn 50%) dù có phầm chất không phải là cao. Các vật liệu từ cứng liên kim loại chuyển tiếp - đất hiếm: Điển hình là hai hợp chất Nd2Fe14B và họ SmCo (Samarium-Cobalt), là các vật liệu từ cứng tốt nhất hiện nay. Hợp chất Nd2Fe14B có cấu trúc tứ giác, có lực kháng từ có thể đạt tới trên 10 kOe và có từ độ bão hòa cao nhất trong các vật liệu từ cứng, do đó tạo ra tích năng lượng từ khổng lồ. SmCo là loại vật liệu từ cứng có lực kháng từ lớn nhất (có thể đạt tới 40 kOe), và có nhiệt độ Curie rất cao nên thường sử dụng trong các máy móc có nhiệt độ hoạt động cao (nam châm nhiệt độ cao). Tuy nhiên, nhược điểm của các nam châm đất hiếm là có độ bền không cao (do các nguyên tố đất hiếm dễ bị ôxi hóa), có giá thành cao do các nguyên tố đất hiếm có giá thành rất cao, vật liệu NdFeB còn có nhiệt độ Curie không cao lắm (312oC) nên không sử dụng ở điều kiện khắc nghiệt được. Nam châm đất hiếm có tích năng lượng từ kỷ lục là Nd2Fe14B đạt tới 57 MGOe. Hợp kim FePt và CoPt: Bắt đầu được nghiên cứu từ những năm 1950s. Hệ hợp kim này có cấu trúc tinh thể tứ giác tâm diện (fct), thuộc loại có trật tự hóa học L10, có ưu điểm là có lực kháng từ lớn, có khả năng chống mài mòn, chống ôxi hóa rất cao. Loại hợp kim này hiện nay đang được sử dụng làm vật liệu ghi từ trong các ổ cứng. Nam châm tổ hợp trao đổi đàn hồi: Loại vật liệu được bắt đầu phát triển từ những thập kỷ 90 của thế kỷ 20, với cấu trúc tổ hợp của 2 loại vật liệu: vật liệu từ mềm cung cấp từ độ bão hòa lớn, vật liệu từ cứng cho lực kháng từ cao, và các hạt tổ hợp ở kích thước nanomet, có liên kết trao đổi với nhau, tạo ra tính chất tổ hợp và sẽ cho loại nam châm mới với tính từ cứng tuyệt vời, lớn hơn tất cả các vật liệu từ cứng đã biết. Tuy nhiên, vào thời điểm hiện tại, các tính chất đạt được trong thực tế còn thua xa dự đoán lý thuyết do chưa tạo được cấu trúc hoàn hảo như dự đoán. Loại vật liệu này vẫn trong giai đoạn nghiên cứu phát triển. Hiện tượng từ trễ Từ trễ (magnetic hysteresis) là hiện tượng bất thuận nghịch giữa quá trình từ hóa và đảo từ ở các vật liệu sắt từ do khả năng giữ lại từ tính của các vật liệu sắt từ Khi lõi thép bị từ hoá bởi từ trường ngoài, triệt tiêu từ trường ngoài, trong lõi thép vẫn còn tồn tại từ trường, gọi là từ dư Khi lõi thép có từ dư, ta áp từ trường ngoài có chiều ngược với chiều của từ dư và độ lớn bằng B, khi đó từ trường lõi thép bị triệt tiêu. Khi đó, B được gọi là từ trường kháng từ Đường cong kín hay chu trình từ trễ của một chất diễn tả sự phụ thuộc của sự từ hoá trong chất đó vào từ trường ngoài Hình 3. Đường cong từ trễ của chất sắt từ Giải thích một số đại lượng trong sơ đồ: J là tích phân trao đổi (trong tương tác trao đổi), đc x/đ bởi: (năng luợng trao đổi đc tính bằng: , J mang giá trị dương khi các spin song song nhau (tương tác trao đổi sắt từ) và âm khi các spin phản song song (tương tác phản sắt từ). Ψ là hàm sóng của các điện tử) H là cường độ từ trường, cùng phương với vectơ B trong chân không Độ từ thẩmμ : một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính thấm của từ trường vào một vật liệu, hay nói lên khả năng phản ứng của vật liệu dưới tác dụng của từ trường ngoài. Nói rõ hơn thì nó là hệ số tỉ lệ giữa cảm ứng từ bên trong vật và cường độ từ trường ngoài: Hiện tượng từ trễ được biểu hiện thông qua đường cong từ trễ (Từ độ - từ trường, M(H) hay Cảm ứng từ - Từ trường, B(H)), được mô tả như sau: sau khi từ hóa một vật sắt từ đến một từ trường bất kỳ, nếu ta giảm dần từ trường và quay lại theo chiều ngược, thì nó không quay trở về đường cong từ hóa ban đầu nữa, mà đi theo đường khác. Và nếu ta đảo từ theo một chu trình kín (từ chiều này sang chiều kia), thì ta sẽ có một đường cong kín gọi là đường cong từ trễ hay chu trình từ trễ. Tính chất từ trễ là một tính chất nội tại đặc trưng của các vật liệu sắt từ, và hiện tượng trễ biểu hiện khả năng từ tính của của các chất sắt từ. Nguyên nhân cơ bản của hiện tượng từ trễ là sự tương tác giữa các mômen từ có tác dụng ngăn cản các mômen từ bị quay theo từ trường. Có nhiều cơ chế khác nhau tạo nên hiện tượng từ trễ, tạo nên các hình dạng đường cong từ trễ khác nhau: Cơ chế quay các mômen từ: Đôi khi còn có tên dài là "cơ chế quay kết hợp của các mômen từ", là cơ chế đảo từ khi các mômen từ ghim ở trạng thái định hướng, sau đó đột ngột quay theo chiều của từ trường đảo từ khi từ trường vượt giá trị trường đảo từ. Cơ chế này thường xuất hiện trong các vật liệu sắt từ có cấu trúc gồm các hạt đơn đômen hoặc khi bị đảo từ theo phương của trục dễ từ hóa. Cơ chế này thường tạo ra đường cong từ trễ có dạng hình chữ nhật. Cơ chế hãm dịch chuyển vách đômen (miền từ hoá): Trong quá trình đảo từ, các mômen từ có xu hướng bị quay theo chiều của từ trường đảo từ, dẫn đến việc các vách đômen bị dịch chuyển. Tuy nhiên, nếu có các tâm tạp, hoặc các sai hỏng, chướng ngại... trên chiều dịch chuyển của vách đômen, chúng có tác dụng hãm sự dịch chuyển của vách đômen và tạo nên hiện tượng trễ. Cơ chế hãm sự phát triển của mầm đảo từ: Mầm đảo từ là một vùng rất nhỏ hình thành trong quá trình từ hóa, có chiều ngược với toàn khối (cùng chiều với trường đảo từ) và có tác dụng như một mầm để kéo các mômen từ quay theo chiều từ trường đảo từ. Tuy nhiên, có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến việc ngăn cản sự phát triển của các mầm đảo từ này cũng là một cơ chế tạo nên hiện tượng trễ. Bài báo cáo số 4: ỨNG DỤNG CỦA CÁC CHẤT SẮT TỪ Loa điện động: Hình 1.1. Cấu tạo loa điện động Cấu tạo: Loa gồm một nam châm hình trụ có hai cực lồng vào nhau , cực S ở giữa và cực N ở xung quanh, giữa hai cực tạo thành một khe từ có từ trường khá mạnh, một cuôn dây được gắn với màng loa và được đặt trong khe từ, màng loa được đỡ bằng gân cao su mềm giúp cho màng loa có thể dễ dàng dao động ra vào. Hoạt động: Khi ta cho dòng điện âm tần ( điện xoay chiều từ 20 Hz ⇒ 20.000Hz ) chạy qua cuộn dây, cuộn dây tạo ra từ trường biến thiên và bị từ trường cố định của nam châm đẩy ra, đẩy vào làm cuộn dây dao động ⇒ màng loa dao động theo và phát ra âm thanh Nguyên lý làm việc của loa điện động: Cuộn dây động của loa nằm trong từ trờng của nam châm có cực bắc (N) ở trong lòng cuộn dây, cực nam (S) ở vòng chung quanh cuộn dây. Khi dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây động của loa thì nó sinh ra một từ trường biến đổi. Cuộn dây động nằm trong từ trường biến đổi thì sẽ di chuyển dọc theo khe từ, theo quy luật bàn tay trái. Nếu từ trường của nam châm toả ra chung quanh và dòng điện chạy theo chiều mũi tên, thì theo quy luật bàn tay trái cuộn dây động của loa sẽ bị kéo xuống. Khi dòng điện đổi chiều, nghĩa là dòng điện chạy theo chiều mũi tên đứt đoạn thì theo quy luật bàn tay trái, cuộn dây động của loa sẽ bị kéo lên. Do đó, khi dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây động thì cuộn dây sẽ rung theo nhịp điệu đó. Rung động này truyền sang màng loa, làm cho màng loa rung động, nên tai nghe đợc âm thanh. Nón loa càng rộng thì âm thanh càng trầm. Chú ý: Tuyệt đối ta không được đưa dòng điện một chiều vào loa , vì dòng điện một chiều chỉ tạo ra từ trường cố định và cuộn dây của loa chỉ lệch về một hướng rồi dừng lại, khi đó dòng một chiều qua cuộn dây tăng mạnh (do không có điện áp cảm ứng theo chiều ngược lai) vì vậy cuộn dây sẽ bị cháy. Phân loại: Loa nén Loa nén hay còn gọi là loa nón là loại loa dùng để trang âm cho một vùng rộng lớn. Loa nén có hệ thống cộng hưởng âm thanh qua 3 lần trước khi phát ra ngoài. Tại vị trí màng rung được thiết kế buồng khép kín chỉ có một đoạn ống hình loe ra phía ngoài kéo dài một đoạn, cuối đoạn ống có một đoạn ống cũng hình loe được úp ngược lại và cuối cùng đoạn đoạn loe khép ngược là một vách loa cuối cùng loe rộng ra ngoài như ta thường thấy. Loa nén thường được sử dụng nhiều nhất trong việc truyền thông tin đại chúng (như các đài phát thanh phường, xã), dùng trong các xe cứu thương, cảnh sát, dùng cầm tay hoặc trang bị trên các xe mô tô cảnh sát. Loa thông dụng Loa thông dụng là các loa dùng phát âm thanh thuộc thể loại âm nhạc. Chúng gồm nhiều thể loại phục vụ riêng cho từng dải tần số khác nhau. Loa thông dụng thường có các loại màng loa có hình dạng và kích thước khác nhau cho các dải tần số phát khác nhau. Màng loa có đường kính lớn thường cho loa trầm và siêu trầm (bass), các màng loa đường kính trung bình cho dải tần số mức trung bình và các màng loa nhỏ cho các loa có tần số cao (loa treble). Loa điện động có trở kháng thấp, thờng trừ 3W đến 8W, cao lắm là 40. Cho nên khi dùng trong máy thu thanh hay mạng lới truyền thanh, thờng phải kèm theo một biến áp giảm áp, gọi là biến áp loa. Một số loa điện không dùng nam châm vĩnh cửu, mà dùng nam châm điện. Trong đó nam châm vĩnh cửu đợc thay bằng cuộn dây có dòng diện một chiều chạy qua. Cuộn dây này tạo nên từ trờng trong khe từ. Loa điện động này chỉ dùng trong một số máy thu thanh. Loa điện động có chất lượng âm thanh cao, đáp tuyến tần số rộng, công suất có thể nhỏ tới 1/20 oát và lớn tới vài chục oát. Loa điện động được dùng rộng rãi trong các máy thu thanh, ghi âm, thu hình, trong mạng lới truyền thanh, trang âm Loa điện từ: Hình 2.1. Cấu tạo của loa điện từ Loa điện từ còn gọi là loa kim Cấu tạo: Hình 2.1, trong đó: a là nam châm, b là cuộn dây, c là lỡi gà, d là màng loa bằng giấy, đ là sờn loa, 3 là hai miếng sắt chữ U, f là các miếng sắt non, g là cần câu, một đầu gắn vào lưỡi gà, một đầu gắn vào chóp nón loa. Nam châm có thể là hình trụ hay hình móng ngựa. Bộ phận động cơ của loa có thể lắp ở phía sau nón loa như trong hình trên, có thể lắp trên giá gỗ ở phía nón loa. Hoạt động: Khi có dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây thì cuộn dây và lưỡi gà nằm trong một từ trờng không đổi của nam châm. Khi dòng diện âm tần chạy qua cuộn dây loa thì tạo nên từ trường biến đổi. Lưỡi gà nằm trong từ trường này, nên bị rung động theo tần số của dòng điện chạy qua cuộn dây. Hệ thống cần câu này truyền rung động này tới màng loa. Mang loa rung động và phát ra âm thanh. Loa điện từ có cấu tạo đơn giản, nhưng chất lượng kém tiếng trầm bổng đều bị cắt và hay bị hỏng vặt do lưỡi gà bị hút về một bên, kêu vè vè Micro: Thực chất cấu tạo micro là một chiếc loa thu nhỏ, về cấu tạo micro giống loa nhưng micro có số vòng quấn trên cuộn dây lớn hơn loa rất nhiều vì vậy điện trở của cuộn dây micro là rất lớn khoảng 600Ω (điện trở loa từ 4Ω - 16Ω ) ngoài ra màng micro cũng được cấu tạo rất mỏng để dễ dàng dao động khi có âm thanh tác động vào. Loa là thiết bị để chuyển dòng điện thành âm thanh còn micro thì ngược lại, micro đổi âm thanh thành dòng điện âm tần. Ampe kế sắt quay: Hình 4.1. Cấu tạo của ampe kế sắt quay Bộ phận chủ yếu của ampe kế sắt quay gồm một ống dây dẹt D và một tấm sắt S đặt gần một đầu ống dây. Khi cho dòng điện vào ống dây thì tấm sắt S bị hút vào trong lòng ống dây làm quay trục T. Do đó kim lệch khỏi vạch số không. Khi đó lò xo L bị xoắn lại và gây ra mômen cản. Ampe kế sắt quay có cấu tạo đơn giản, chịu được những quá tải khá lớn. Vì vậy chúng được dùng rộng rãi trong kĩ thuật. Rơle điện từ: Rơle điện từ là loại khí cụ điện có chức năng tự động đóng ngắt mạch điện hay điều khiển việc đóng ngắt mạch điện. Rơle tự động: Hình 5.1. Cấu tạo rơle tự động Hình 3.1 là sơ đồ nguyên tắc cấu tạo một kiểu rơle điện từ tự động ngắt mạch. Trong sơ đồ đó N là nam châm điện, S là lá sắt. Lò xo L1 kéo là sắt S và do đó dữ cho dao D không bị bật ra. Nếu vì một lí do nào đó (ví dụ bị chập mạch) dòng điện trong mạch tăng quá mức cho phép thị nam châm điện N hút lá sắt S về phía nó. Khi đó lò xo L2 kéo dao D bật ra khỏi thanh tiếp xúc T. Vì vậy dòng điện bị ngắt. Rơ le nói trên gọi là rơle dòng cực đại. Người ta còn chế tạo nhiều kiểu rơle khác được dùng với nhiều mục đích tự động khác nhau. Rơle điều khiển: Hình 5.2. Cấu tạo của rơle điều khiển Hình 3.2 là sơ đồ nguyên tắc hoạt động của một rơ le điều khiển việc đóng ngắt mạch điện. Bộ phận chủ yếu của rơ le là nam châm điện N. Khi đóng khoá K thì N hút thanh sắt S. Thanh sắt này mang bộ phận tiếp xúc, vì vâyj khi hút về phía nam châm điện nó sẽ đóng mạch điện công tác. Khi mở khoá K nam châm điện N nhả thanh sắt S nhờ lò xo L, do đó mạch bị ngắt. Với rơle này ta có thể dùng dòng điện nhỏ để đóng mạch công tác trong đó thường có dòng điện rất lớn. Cách mắc rơ le này thường được dùng để điều khiển mạch công tác ở cách xa nơi điều khiển. Cần cẩu điện: Nhìn chung, cần cẩu điện khác với cần cẩu thông thường là móc ở đầu cần trục được thay bằng một chiếc nam châm điện. Khi cần nâng một vật, người lái chỉ cần điều khiển cho đầu nam châm đi chuyển với vị trí của vật, sau đó bật công tắc để dòng điện đi qua, lập tức một lực hút rất mạnh sinh ra và nhấc vật lên. Các nam châm này có thể nâng một vật có trọng lượng lớn hơn so với cần trục thông thường. Thế nào là từ hóa? Từ hóa là sự biến đổi về từ tính của các chất trong tự nhiên dưới tác động của từ trường ngoài. Một số chất thuận từ và nghịch từ: Chất thuận từ: Al, Na, Pt..., Chất nghịch từ: H, Si, Bi, Pb, Cu, Au... Những chất sắt từ: Fe, Co, Ni, Gd.. Vì sao Fe bắt đầu mất từ tính ở nhiểt độ Curie Fe mất từ tính khi nhiệt độ của nó vượt quá nhiệt độ Curie vì ở nhiệt độ cao, cấu trúc tinh thể của sắt và các vật liệu từ khác bị phá hủy, lúc đó sẽ phá vỡ trật tự về định hướng của từ trường trong các đômen, chúng không còn từ hóa được nữa. Chu trình từ trễ: Khi Bn biến đổi từ 0 đến – B0 thì Bt giảm theo đường PQN. Tại Q, Bt = 0, Bn = - Bc . Bc gọi là từ trường kháng từ của lõi thép. Khi Bn tăng từ -B0 đến B0 thì Bt tăng theo đường NKLM. Quá trình sau đó xảy ra theo đường cong kín, gọi là chu trình từ trễ. Ứng dụng của các vật sắt từ: Thiết bị ghi và đọc âm: + Cấu tạo: - Đầu từ: nam châm điện có lõi bằng sắt từ mềm. - Băng từ: lớp nền bằng chất dẻo, trên có phủ lớp sắt từ cứng + Nguyên tắc ghi âm: âm nói trước micrô à dao động điện à khuếch đại à cuộn dây của đầu từ ghi à lõi sắt bị từ hoá thành 2 cực 2 bên khe từ à lớp bột sắt bị từ hoá theo đúng dao động âm. + Nguyên tắc phát âm: băng từ chạy qua đầu từ đọc à hiện tượng cảm ứng điện từ làm xuất hiện dao động điện trong cuộn dây à khuếch đại à loa phát ra âm.