Bài giảng Cơ sở vật lý chất rắn - Bài 8: Tính chất từ của chất rắn - Lê Khắc Bình
Baøi 8
ϖ
Tính chaát töø cuûa caùc nguyeân töû
pm
Moâ-men töø quyõ ñaïo cuûa ñieän töû pm trong nguyeân töû .
Moâ-men töø spin cuûa ñieän töû trong nguyeân töû
Moâ-men töø spin cuûa haït nhaân nguyeân töû
Moâ-men töø toång coäng cuûa nguyeân töû PJ
thaønh phaàn chieáu cuûa moâ-men töø cuûa nguyeân töû leân
phöông cuûa töø tröôøng ngoaøi PJB . Coù ( 2J + 1 ) caùch saép xeáp
cuûa moâ-men töø cuûa nguyeân töû trong töø tröôøng ngoaøi
Magneton Bohr µB . Thöøa soá Landeù g
Moâ-men töø cuûa nguyeân töû
Ba nguoàn chính cho moâ-men töø cuûa moät nguyeân töû ñoäc laäp:
l spin cuûa electron
l moâ-men ñoäng löôïng quyõ ñaïo cuûa electron quay quanh haït nhaân
l Söï thay ñoåi moâ-men quyõ ñaïo trong töø tröôøng ngoaøi.
Caùc nguyeân töû coù caùc lôùp voû ñaày electron khoâng coù moâmen töø
toång coäng
Caùc khí trô He, Ne, Ar, …
Caùc phaân töû khí H2, N2, …
Moät soá chaát raén lieân keát ion NaCl, …
Moät soá chaát raén ñoàng hoùa trò C, Si, Ge, …
I. Moâ-men töø cuûa chaát raén
ø û á é
â
Xeùt moät chaát coù theå tích V chöùa N nguyeân töû . Khi chöa coù töø
tröôøng ngoaøi, moâ-men töø toång coäng baèng
N
ρ
P
M =
∑
mk
k=1
trong ñoù
Z
ρ
ρ
P = p
∑
m
mj
j=1
laø moâ-men töø cuûa nguyeân töû coù Z electron vaø
ρ
ρ
ϖ
pm
pm = iS
laø moâ-men töø cuûa electron chuyeån ñoäng treân quyõ ñaïo.
II. Chaát raén trong töø tröôøng ngoaøi B . Söï töø hoùa
á é ø ø ï ø ù
ø
o
Ñaët chaát raén vaøo trong moät töø tröôøng ngoaøi.
§ Töø tröôøng ngoaøi coù theå moâ taû bôûi vec-tô caûm öùng töø hoaëc
cöôøng ñoä töø tröôøng . Trong chaân khoâng, giöõa hai vec-tô naøy coù
ρ ρ
heä thöùc
Bo = µoH
µo= 4π.10-7 T.m/A.
§ Töø tröôøng ngoaøi coù taùc duïng :
* laøm ñònh höôùng caùc moâ-men töø cuûa caùc nguyeân töû Pmk
doïc theo phöông cuûa töø tröôøng ngoaøi hoaëc
* laøm xuaát hieän moâ-men töø caûm öùng ( neáu moâ-men töø cuûa
caùc nguyeân töû baèng 0 khi khoâng coù töø tröôøng ngoaøi).
Moâ-men töø toång coäng taêng : Vaät chaát bò töø hoùa vaø coù moâ-
men töø M doïc theo phöông cuûa töø tröôøng ngoaøi .
Ñeå ñaëc tröng cho traïng thaùi töø hoùa cuûa vaät chaát trong töø tröôøng
ngoaøi, ñònh nghóa vectô ñoä töø hoùa
ρ
M
V
Jm =
Do coù söï töø hoùa, beân trong chaát raén xuaát hieän töø tröôøng noäi
Bi
Töø tröôøng noäi do söï xuaát hieän moâ-men töø toång coäng cuûa caùc
nguyeân töû khi coù Bo hoaëc do söï ñònh höôùng laïi cuûa caùc
moâmen töø nguyeân töû trong Bo .
ρ ρ
Bi = µoJm
Khi ñoù töø tröôøng toång coäng trong vaät lieäu
ρ ρ ρ
B = Bo + Bi
ρ ρ ρ ρ ρ
B = Bo + µoJm = µoH + µoJm
ρ ρ
B = µoµrH
ρ ρ ρ ρ
Jm
H
ρ
µoµrH = µoH + µoJm = µoH(1+ )
Jm
ρ
µr =1+ =1+ χ
H
Jm
H
ρ
χ =
ñöôïc goïi laø ñoä caûm töø ( magnetic susceptibility ) .
µr vaø χ laø caùc ñaïi löôïng khoâng coù thöù nguyeân.
Phaân bieät chaát nghòch töø, thuaän töø vaø saét töø theo
daáu vaø ñoä lôùn cuûa χ
Döïa treân phaïm vi vaø baûn chaát töông taùc giöõa caùc electron
trong chaát raén vaø töø tröôøng ngoaøi, ngöôøi ta phaân chaát raén thaønh 5
lôùp :
Ba lôùp - thuaän töø, nghòch töø vaø phaûn saét töø - gaàn nhö
khoâng chòu aûnh höôûng cuûa töø tröôøng ngoaøi, coù |χ| << 1.
Hai lôùp -saét töø vaø ferri-töø - taùc duïng raát maïnh vôùi töø
tröôøng ngoaøi, coù |χ| >>1.
χ < 0 vaø nhoû : chaát nghòch töø
χ > 0 vaø nhoû : chaát thuaän töø
χ > 0 vaø lôùn : chaát saét töø
Chaát
nghòch töø
Chaát
thuaän töø
Chaát saét töø
≈ -10-5
≈ 10-5
Giaù trò ñieån
χm >> 1
µr >> 1
hình cuûa χm
Giaù trò ñieån
hình cuûa µr
≈1
≈1
Saét töø
Ñoä caûm töø , χ
Thuaän töø
Phaûn saét töø
Saét töø
Feri töø
Tính chaát töø cuûa caùc nguyeân toá
á ø û ù â á
Saét töø : Fe , Co, Ni
Thuaän töø
Nghòch töø
Nguyeân töû soá
Tính chaát töø cuûa caùc nguyeân toá
á ø â á
ù
û
Tính chaát töø cuûa caùc nguyeân toá
á ø â á
ù
û
Ñoä caûm töø
Chaát saét töø
χ = µr-1
Vaät lieäu
(x 10-5)
Thuaän töø
Oxid saét (FeO)
Nghòch töø
Ammonia
Bismuth
Thuûy ngaân
Baïc
C (kim cöông)
C (graphit)
Chì
720
-.26
-16,6
-2,9
-2,6
-2,1
-1,6
-1,8
-1,4
-1,0
-0,91
Iron amonium alum 66
Uranium
Platinum
Tungsten
Cesium
40
26
6,8
5,1
2,2
1,4
1,2
0,72
0,19
Aluminum
Lithium
ClNa
Ñoàng
Nöôùc
Magnesium
Sodium
Khí Oxy
Söï phuï thuoäc nhieät ñoä cuûa ñoä caûm töø
ï ï ä ä ä û ä û ø
1.) Nghòch töø : khoâng phuï thuoäc nhieät ñoä
2.) Thuaän töø : Ñònh luaät Curie hoaëc Curie-Weiss
3.) Thuaän töø Pauli : khoâng phuï thuoäc nhieät ñoä
C
χ =
T −θ
III- Hieän töôïng nghòch töø
ä ï
ø
1) Moät soá tính chaát cuûa chaát nghòch töø
ä á á û á
ø
Jm = χ H
χ aâm vaø nhoû, khoâng phuï thuoäc nhieät ñoä vaø H
Jm
Thuaän
töø
Nghòch töø
H (Oe)
Caùc nguyeân töû trong chaát nghòch töø khoâng coù moâ-men löôõng
cöïc töø vónh cöûu .
§ Tính nghòch töø laø ñaëc tröng cho caùc nguyeân toá vaø hôïp chaát
trong ñoù taát caû caùc electron cuûa chuùng ñeàu coù ñoâi.
§ Neáu chæ coù 1 electron treân quyõ ñaïo, chuyeån ñoäng cuûa noù gaây ra
doøng ñieän kín vaø do ñoù taïo ra moät töø tröôøng. Khi 2 electrons coù
ñoâi vôùi spin ngöôïc nhau : töø tröôøng sinh ra bôûi 1 electron bò trieät
bôûi töø tröôøng do electron kia. Do ñoù khi taát caû caùc electron cuûa
nguyeân töû ñeàu coù ñoâi seõ khoâng coù töø tröôøng toång coäng.
Khi ñaët vaät lieäu ñoù vaøo trong töø tröôøng , noù bò ñaåy.
§ Taát caû caùc chaát ñeàu theå hieän tính nghòch töø ôû moät möùc ñoä naøo
ñoù. Tuy nhieân hieän töôïng naøy trong nhieàu vaät lieäu thöôøng bò che
laáp bôûi caùc tính chaát töø khaùc.
Tải về để xem bản đầy đủ
68 trang
26540
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cơ sở vật lý chất rắn - Bài 8: Tính chất từ của chất rắn - Lê Khắc Bình", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_co_so_vat_ly_chat_ran_bai_8_tinh_chat_tu_cua_chat.pdf
