Mô tả vĩ mô

Cảm ứng từ và từ trường

Vì từ trường được tạo ra khi có chuyển động của các điện tích nên nếu ta có một dây điện có dòng điện I {\displaystyle I} chạy qua thì nó sẽ tạo ra một cảm ứng từ B → 0 {\displaystyle {\vec {B}}_{0}} xung quanh. Cảm ứng từ là một đại lượng véc tơ, chiều của nó phụ thuộc vào chiều chuyển động của dòng điện và được xác định bằng quy tắc bàn tay phải. Bây giờ nếu ta thay dây điện trên bằng một ống dây điện thì cảm ứng từ tạo ra trong lòng ống dây đó cũng được xác định bằng quy tắc trên. Nếu xung quanh cuộn dây là chân không thì chúng ta định nghĩa từ trường H → {\displaystyle {\vec {H}}} như sau: H → = B → 0 μ 0 {\displaystyle {\vec {H}}={\frac {{\vec {B}}_{0}}{\mu _{0}}}} , với μ 0 {\displaystyle \mu _{0}\,} là từ thẩm chân không.

Như vậy thì véc tơ từ trường H → {\displaystyle {\vec {H}}} chỉ phụ thuộc vào dòng điện   I {\displaystyle \ I} và hình dạng của dây chứ không phụ thuộc vào môi trường bên trong ống dây.

Từ thẩm và từ cảm

Bây giờ trong lòng ống dây không phải là chân không mà là một vật nào đó thì sự có mặt của vật đó sẽ làm thay đổi cảm ứng từ trong ống dây. Cảm ứng từ này tỷ lệ với từ trường với hệ số tỷ lệ được gọi là từ thẩm μ {\displaystyle \mu \,} thì cảm ứng từ trong lòng vật đó là:

• B → = μ . H → {\displaystyle {\vec {B}}=\mu .{\vec {H}}}

Ta định nghĩa M → {\displaystyle {\vec {M}}\,} là véc tơ từ độ xuất hiện bên trong vật

• M → = χ . H → {\displaystyle {\vec {M}}=\chi .{\vec {H}}} với χ {\displaystyle \chi \,} là từ cảm của vật liệu
  • với: B → = μ 0 ( H → + M → ) = ( 1 + χ ) B → 0 {\displaystyle {\vec {B}}=\mu _{0}({\vec {H}}+{\vec {M}})=(1+\chi ){\vec {B}}_{0}}

Người ta còn định nghĩa:

• μ r = μ μ 0 = ( 1 + χ ) {\displaystyle \mu _{r}={\frac {\mu }{\mu _{0}}}=(1+\chi )} với μ r {\displaystyle \mu _{r}\,} : từ thẩm tương đối của vật so với chân không.

Phân loại vật liệu

Từ cảm của vật liệu là một đại lượng đặc trưng cho sự cảm ứng của vật liệu dưới tác động của từ trường ngoài. Người ta dựa vào đại lượng này để phân chia các vật liệu thành năm loại như sau:

• Nghịch từ: là vật liệu có χ {\displaystyle \chi \,} nhỏ hơn không (âm) và có giá trị tuyệt đối rất nhỏ, chỉ cỡ khoảng 10- 5.
• Thuận từ: là vật liệu có χ {\displaystyle \chi \,} lớn hơn không (dương) và có giá trị tuyệt đối nhỏ cỡ 10- 3.
• Sắt từ: là vật liệu có χ {\displaystyle \chi \,} dương và rất lớn, có thể đạt đến 10 5.
• Feri từ: là vật liệu có χ {\displaystyle \chi \,} dương và lớn (tuy nhỏ hơn sắt từ).
• Phản sắt từ: là vật liệu có χ {\displaystyle \chi \,} dương nhưng rất nhỏ.

Mô tả vi mô

Chuyển động của các điện tử

Chuyển động của các điện tử trong nguyên tử tạo nên các đám mây điện tích. Chính chuyển động quỹ đạo đó là một trong những nguyên nhân gây ra từ tính của nguyên tử làm cho nguyên tử có một mô men từ. Một nguyên nhân khác là spin, có thể được hình dung thô thiển như sự tự quay của điện tử, mặc dù về bản chất, spin là một khái niệm chỉ có trong cơ học lượng tử. Như vậy từ tính của nguyên tử có hai nguồn gốc: spin và quỹ đạo, mô men từ tương ứng với hai nguồn gốc này được gọi là mô men từ spin và mô men từ quỹ đạo.

Tính nghịch từ của vật chất

Nghịch từ là một hiện tượng cố hữu của vật chất, tồn tại ở mọi loại vật liệu theo quy tắc chung về cảm ứng điện từ. Khi có mặt của từ trường ngoài, các điện tử sẽ hưởng ứng với từ trường bằng cách tạo ra một mô men từ cảm ứng. Mô men từ này có xu hướng chống lại từ trường ngoài, nó tỷ lệ nhưng ngược hướng với từ trường áp dụng. Đó chính là nguyên nhân gây ra hiện tượng nghịch từ trong một số chất.

Vi từ học

Một cách tổng quát, tính chất của các vật liệu từ tuân theo các quy luật về vi từ học mà ở đó tính chất từ bị quy định bởi cấu trúc từ học vi mô và cấu trúc này được quy định bởi sự cực tiểu hóa năng lượng vi từ, có thể quy thành 5 dạng năng lượng:

• Năng lượng trao đổi
• Năng lượng dị hướng
• Năng lượng tĩnh từ
• Năng lượng Zeeman
• Năng lượng từ giảo