C

2. NỘI DUNG CHƯƠNG 

2.1. Vật liệu từ

2.1.1. Khái niệm chung

Vật liệu từ là những vật liệu có khả năng tương tác mạnh với từ trường bên ngoài. Dựa trên tính chất từ, người ta chia làm 3 loại chính: Nghịch từ (như đồng, nước), Thuận từ (như nhôm, không khí) và Sắt từ (như sắt, niken, coban).

2.1.2. Cường độ từ trường ($\vec{H}$) và Cường độ từ hóa ($\vec{M}$)

• Cường độ từ trường ($\vec{H}$): Là đại lượng đặc trưng cho từ trường gây ra bởi dòng điện chạy trong dây dẫn.

• Cường độ từ hóa ($\vec{M}$): Đặc trưng cho mức độ bị từ hóa của vật liệu khi đặt trong từ trường. Nó đại diện cho tổng các mô-men từ nguyên tử trên một đơn vị thể tích.

• Mối quan hệ: $\vec{M} = \chi_m \vec{H}$ (với $\chi_m$ là hệ số cảm từ).

2.1.3. Mật độ từ thông trong vật liệu từ ($\vec{B}$)

Trong vật liệu từ, cảm ứng từ $\vec{B}$ là tổng hợp của từ trường ngoài và từ trường do vật liệu bị từ hóa sinh ra:

• $\mu_0$: Độ từ thẩm của chân không ($4\pi \cdot 10^{-7} H/m$).

• $\mu_r$: Độ từ thẩm tương đối của vật liệu.

2.1.4. Vật liệu sắt từ

Đây là nhóm vật liệu quan trọng nhất trong kỹ thuật:

• Có $\mu_r$ rất lớn (hàng nghìn đến hàng vạn).

• Đường cong từ hóa: Mối quan hệ giữa $B$ và $H$ không tuyến tính (có hiện tượng bão hòa từ).

• Hiện tượng trễ (Hysteresis): Khi khử từ, từ thông không mất đi ngay mà còn lại một phần (từ dư). Điều này gây ra tổn hao năng lượng (tổn hao trễ) dưới dạng nhiệt.

2.2. Mạch từ

2.2.1. Khái niệm chung

Mạch từ là tập hợp các vật liệu từ tính (lõi sắt) ghép lại tạo thành vòng kín để dẫn từ thông đi theo ý muốn.

• Ví dụ: Lõi thép của máy biến áp, rotor và stator của động cơ.

2.2.2. Từ trở ($R_m$)

Đại lượng đặc trưng cho sự cản trở việc thiết lập từ thông trong mạch từ.

• Công thức:

  $$R_m = \frac{l}{\mu S}$$

• Trong đó: $l$ là chiều dài mạch từ, $S$ là tiết diện ngang, $\mu$ là độ từ thẩm.

• Đơn vị: $1/H$ (hoặc Ampe/Weber).

2.2.3. Sức từ động ($\mathcal{F}$)

Là đại lượng sinh ra từ thông trong mạch từ, tương đương với suất điện động trong mạch điện.

• Công thức:

  $$\mathcal{F} = N \cdot I$$

• Trong đó: $N$ là số vòng dây, $I$ là dòng điện qua cuộn dây.

2.2.4. Định luật Ôm cho mạch từ

Tương tự như định luật Ôm cho mạch điện ($U = I \cdot R$), đối với mạch từ ta có:

• Ý nghĩa: Muốn tăng từ thông $\Phi$, ta phải tăng sức từ động ($NI$) hoặc giảm từ trở $R_m$ (dùng vật liệu có $\mu$ lớn).