Giáo án Vật lý 11 - Tiết 53: Sự từ hóa các chất - Sắt từ

Tiết 53 SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT- SẮT TỪ I. MỤC TIÊU Kiến thức: - Trình bày được sự từ hóa các chất sắt từ, chất sắt từ cứng, chất sắt từ mềm. - Mô tả được hiện tượng từ trễ. - Nêu được một vài ứng dụng của hiện tượng từ hóa của chất sắt từ. II. CHUẨN BỊ 1.GV :- Nam châm, ống dây có lõi sắt, các tranh vẽ phóng to hình 34.1, 34.2, 34.3 SGK. - Dự kiến nội dung ghi bảng (HS tự ghi theo GV). 2.HS :- Ôn lại kiến thức về nam châm điện và nam châm vĩnh cửu đã học ở lớp 9. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG Hoạt động 1 : kiểm tra bài cũ : Hđộng của thầy Hoạt động của trò Nội dung Nêu câu hỏi và gọi 2 hs lên bảng vẽ hình và gải thích 2 học sinh lên bảng thực hiện Các học sinh khác theo dỏi và góp ý nhận xét Hãy phân tích và xác định lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện chạy qua trong hai trường hợp : a/ cảm ứng từ nằm trong mặt phảng khung dây b/ cảm ứng từ nằm vuông góc mặt phảng khung dây Hoạt động 2: Tìm hiểu các chất thuận từ và nghịch từ Hđộng của thầy Hoạt động của trò Nội dung - GV yêu cầu HS tự đọc SGK phát biểu về chất thuận từ và nghịch từ - HS tự đọc SGK nêu các kiến thức về chất thuận từ và nghịch từ + Các chất có tính từ hóa yếu gồm các chất thuận từ và nghịch từ. + Nguyên nhân của hiện tượng từ hóa ở các vật thuận từ và nghịch từ là do trong các phân tử của vật có các dòng điện kín. Các dòng điện này là do sự chuyển động của các electron trong nguyên tử tạo thành. + Khi các vật thuận từ và nghịch từ được đặt trong từ trường ngoài thì chúng bị từ hóa, nếu khử từ trường ngoài thì các vật này nhanh chóng trở lại trạng thái bình thường tức từ tính của chúng mất đi 1. Các chất thuận từ và nghịch từ - Các chất có tính từ hóa yếu gồm các chất thuận từ và nghịch từ. - Nguyên nhân của hiện tượng từ hóa ở các vật thuận từ và nghịch từ là do trong các phân tử của vật có các dòng điện kín. Các dòng điện này là do sự chuyển động của các electron trong nguyên tử tạo thành. - Khi các vật thuận từ và nghịch từ được đặt trong từ trường ngoài thì chúng bị từ hóa, nếu khử từ trường ngoài thì các vật này nhanh chóng trở lại trạng thái bình thường tức từ tính của chúng mất đi. Hoạt động 3: Tìm hiểu về các chất sắt từ Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Nội dung - GV treo tranh vẽ phóng to hình 34.1a SGK, trình bày cho HS về chất sắt từ. - Đặt câu hỏi, yêu cầu HS suy nghĩ trả lời: + Vì sao bình thường thanh sắt không có từ tính? + Nếu đặt thanh sắt trong từ trường ngoài thì các kim nam châm nhỏ có xu hướng sắp xếp như thế nào? - GV treo tranh vẽ hình 34.1b lên bảng minh họa cho tất cả HS biết. Khi đó ta nói thanh sắt có từ tính hay thanh sắt bị từ hóa. - HS chú ý theo dõi, ghi nhận kiến thức - HS suy nghĩ trả lời câu hỏi của GV: + Bình thường các kim nam châm nhỏ sắp xếp hỗn độn nên từ trường tổng hợp của thanh sắt bằng 0, do đó thanh sắt không có từ tính. +Các kim nam châm nhỏ có xu hướng sắp xếp theo từ trường ngoài. 2. Các chất sắt từ - Sắt từ là các chất có tính từ hóa mạnh: sắt, niken, côban - Giải thích tính từ hóa mạnh của sắt: + Sắt có cấu trúc đặc biệt về phương diện từ. Một mẫu sắt được cấu tạo từ rất nhiều miền từ hóa tự nhiên và mỗi miền này có thể được coi như một “kim nam châm nhỏ”, sắp sếp hỗn độn. + Khi không có từ trường ngoài, các kim nam châm nhỏ sắp xếp hốn độn nên thanh sắt không có từ tính + Khi có từ trường ngoài, dưới tác dụng của từ trường ngoài, các kim nam châm nhỏ có xu hướng sắp xếp theo từ trường ngoài nên thanh sắt có từ tính. Hoạt động 4: Nam châm điện và nam châm vĩnh cửu Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Nội dung - Đặt câu hỏi, yêu cầu HS trả lời: Cho dòng điện chạy qua một ống dây có lõi sắt thì lõi sắt có hiện tượng gì? - GV thông báo cho HS : + Từ trường tổng hợp (từ trường ngoài và từ trường do sự từ hóa của lõi sắt) lớn gấp hàng trăm, hàng nghìn lần so với từ trường ngoài (từ trường khi không có lõi sắt) + Ống dây mang dòng điện có thêm lõi sắt gọi là một nam châm điện. Ngắt dòng điện trong ống dây thì từ tính của lõi sắt cũng bị mất rất nhanh. + Sắt từ mềm: là chất sắt từ mà từ tính của nó bị mất rất nhanh khi từ trường ngoài bị tiệt triêu + Thay lõi sắt bằng lõi thép. Từ trường tổng hợp (từ trường ngoài và từ trường do sự từ hóa của lõi thép) lớn gấp hàng trăm, hàng nghìn lần so với từ trường ngoài (từ trường khi không có lõi thép). Ngắt dòng điên trong ống dây, từ tính của thép còn giữ được một thời gian dài. Thép trở thành một nam châm vĩnh cửu + Sắt từ cứng: chất sắt từ mà từ tính của nó tồn tại khá lâu sau khi từ trường ngoài bị tiệt triêu - HS trả lời câu hỏi của GV: +Lõi sắt bị từ hóa. Vì từ trường của dòng điện trong ống dây (từ trường ngoài) đã làm cho lõi sắt bị nhiễm từ. - HS chú ý theo dõi và ghi nhận kiến thức 3. Nam châm điện. Nam châm vĩnh cửu - Cho dòng điện chạy qua một ống dây có lõi sắt, lõi sắt được từ hóa. Từ trường tổng hợp (từ trường ngoài và từ trường do sự từ hóa của lõi sắt) lớn gấp hàng trăm, hàng nghìn lần so với từ trường ngoài (từ trường khi không có lõi sắt) - Ống dây mang dòng điện có thêm lõi sắt gọi là một nam châm điện. Ngắt dòng điện trong ống dây thì từ tính của lõi sắt cũng bị mất rất nhanh. - Sắt từ mềm: là chất sắt từ mà từ tính của nó bị mất rất nhanh khi từ trường ngoài bị tiệt triêu - Thay lõi sắt bằng lõi thép. Từ trường tổng hợp (từ trường ngoài và từ trường do sự từ hóa của lõi thép) lớn gấp hàng trăm, hàng nghìn lần so với từ trường ngoài (từ trường khi không có lõi thép). Ngắt dòng điên trong ống dây, từ tính của thép còn giữ được một thời gian dài. Thép trở thành một nam châm vĩnh cửu - Sắt từ cứng: chất sắt từ mà từ tính của nó tồn tại khá lâu sau khi từ trường ngoài bị tiệt triêu Hoạt động 5: Tìm hiểu hiện tượng từ trễ . Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Nội dung - GV nêu vấn đề: Cho dòng điện vào ống dây (trong có lõi thép) tăng từ 0 đến I nào đó. Ta hãy khảo sát sự phụ thuộc của từ trường lõi thép vào từ trường của dòng điện trong ống dây (từ trường ngoài). Sự phụ thuộc này được biểu diễn như hìn 34.2 - GV treo hình vẽ 34.2 lên bảng, yêu cầu HS suy nghĩ, thảo luận, phân tích trả lời các câu hỏi của GV: + Cho từ trường ngoài tăng từ 0 đến giá trị B0, từ trường của lõi thép tăng từ 0 đến B1. Sự phụ thuộc của từ trường lõi thép vào từ trường ngoài được biểu diễn bằng đường nào? + Giảm từ trường ngoài từ B0 đến 0 nhưng vẫn giữ nguyên chiều của nó thì từ trường của lõi thép biến thiên như thế nào? + Điều đó chứng tỏ điều gì? - GV thông báo: hiện tượng đó gọi là hiện tượng từ trễ và lõi thép trong ống dây lúc bấy giờ trở thành một nam châm vĩnh cửu. + Đổi chiều dòng điện trong ống dây rồi cho từ trường ngoài tăng từ 0 đến B0, từ trường của lõi thép giảm theo đường cong PQN. Điểm Q trên đồ thị cho ta biết điều gi? - GV thông báo: ta gọi Bc là không từ của lõi thép. Nếu ta tiếp tục cho từ trường ngoài tăng từ - B0 đến B0 thì từ trường của lõi thép tăng theo đường NKLM. Quá trình từ hóa của lõi thép xảy ra theo đường cong kín MQNLM, đường cong này gọi là chi trình từ trễ. - HS suy nghĩ, thả luận, phân tích trả lời các câu hỏi của GV: + Bằng đường cong OAM. + Từ trường của lĩ thép cũng giảm nhưng không giảm theo đường MAO mà theo đường cong MP. + Từ trường ngoài bằng 0 nhưng từ trường của lõi thép vẫn còn khác 0. Nghĩa là từ trường của lõi thép giảm chậm hơn (trễ hơn) từ trường ngoài. + Tại Q cho thấy từ trường của lõi thép bằng 0, rong khi đó từ trường ngoài có chiều ngược lại với với từ trường của lõi thép và có giá trị - Bc 4. Hiện tượng từ trễ: Xét một ống dây trong đó có lõi thép Khi ta giảm từ trường ngòai từ B0 đến 0, nhưng vẫn giữ nguyên chiều của nó , thì từ trường của lõi thép cũng giảm. Từ trường ngòai bằng không nhưng từ trường của lõi thép vẫn còn khác không , nghĩa là từ trường của lõi thép giảm chậm hơn (trể hơn ) từ trường ngoài. Ta đổi chiều dòng điện trong ống dây rồi cho từ trường tăng từ 0 đến B0 à từ trường của lõi thép giảm , khi từ trường lõi thép bằng 0 à từ trường ngòai ngược chiều từ trường lõi thép và có giá trị –Bc ( từ trường kháng từ ), phụ thuộc vào tính chất lõi thép. Đến đây nếu ta cho từ trường ngòai tăng từ – B0 đến B0 thì từ trường của lõi thép tăng rồi giảm theo một đường cong kín MQNLM gọi là chu trình từ trễ. Hoạt động 6: Ứng dụng của các vật sắt từ Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Nội dung - Yêu cầu HS nghiên cứu SGK và thực tế của bản thân, gọi 1 HS trả lời câu hỏi: + Nam châm do sự từ hóa của các vật sắt từ được áp dụng trong thực tế như thế nào? - Gọi một vài HS khác bổ sung - GV trình bày nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của máy ghi âm thông qua hình 34.3 SGK - HS suy nghĩ, đọc SGK trả lời - HS bổ sung câu trả lời của bạn - GS chú ý, thu nhận thông tin 5. Ứng dụng của các vật sắt từ : SGK Hoạt động 7: Củng cố, vận dụng, giao nhiệm vụ về nhà GV củng cố lại cho HS các kiến thức trọng tâm của bài, cho HS trả lời một số câu trắc nghiệm liên quan đến các kiến thức vừa học - HS làm việc theo yêu cầu của GV . GV giao bài tập ở nhà cho HS: trả lời các câu hỏi cuối bài, trả lời bài tập 1/169.Ôn lại các kiến thức trong bà và chương . HS ghi nhiệm vụ về nhà.