LA BÀN TỪ
HÀNG HẢI
NEW EDITION

TRẦN ANH NGÂN


2

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI

LỜI GIỚI THIỆU
La bàn là một dụng cụ dùng để định hướng trên Trái Đất. Nó sử dụng môt kim nam
châm có thể tự do quay theo từ trường của Trái Đất, từ đó giúp xác định các hướng
Đông, Tây, Nam, Bắc. Ngay từ thế kỷ thứ 11, người Trung Hoa đã phát hiện ra tính
chất này của đá nam châm và phát minh ra một dạng sơ khai của la bàn. Và ngay lập
tức, những nhà hàng hải đã nhận thấy tầm quan trọng của la bàn trong việc dẫn tàu
trên biển, nơi mà việc xác định phương hướng là nhân tố sống còn. Cuối thế kỷ 12,
chiếc la bàn quen thuộc với những người thủy thủ được phát minh tại châu Âu, và từ
đây, la bàn đã trở thành một biểu tượng gắn liền với những con tàu viễn dương, gắn
liền với những người thuyền trưởng.
Tuy nhiên, những la bàn trong thời kỳ này có cấu tạo đơn giản bao gồm một bản sắt từ
ghép trên cái phao được đặt trong một cái chậu có nước. Cho đến đầu thế kỷ 14, cấu
tạo của la bàn mới được thay đổi, hoàn chỉnh hơn, và gọn nhẹ hơn. Thời bấy giờ
người ta quan niệm rằng kim nam châm của la bàn chỉ đúng hướng Bắc và Nam của
quả đất. Và những con thuyền buồm bằng gỗ được trang bị la bàn, với sự chỉ hướng
của nó, đã rong ruổi khắp các đại dương trên thế giới.
Cuối thế kỷ 15, những người đi biển đã phát hiện ra kim nam châm không phải chỉ
đúng hướng Bắc-Nam của quả đất mà chỉ lệch đi một góc nào đó, người ta gọi đó là
độ lệch địa từ. Vì vậy, đến thế kỷ 16, người ta bắt đầu làm những công tác xác định độ
lệch địa từ và đầu thế kỷ 18 thì xuất hiện những bản đồ độ lệch địa từ đầu tiên.

Cuối thế kỷ 18, với sự phát triển của ngành đóng tàu vỏ sắt, người ta phát hiện ra
rằng dưới ảnh hưởng của sắt trên tàu thì kim la bàn chỉ lệch đi một góc nào đó so với
kinh tuyến địa từ. Đại lượng này thay đổi theo hướng đi của tàu và biến đổi khác nhau
ở những con tàu khác nhau. Góc lệch này người ta gọi là độ lệch riêng la bàn. Vì vậy,
để la bàn có thể làm việc chính xác tức là chỉ đúng hướng bắc địa từ thì phải tiến hành
khử độ lệch la bàn. Đầu thế kỷ 19, các nhà hàng hải đã dần hoàn thành việc khử độ
lệch la bàn từ bằng việc thêm vào một số bộ phận trong cấu tạo của la bàn từ.
Qua quá trình phát triển và hoàn thiện, la bàn từ trên tàu biển dần hoàn chỉnh về mặt
cấu tạo và công tác khử độ lệch la bàn trở thành một nhiệm vụ của người sỹ quan
hàng hải. Đây là kết quả của một quá trình dày công nghiên cứu lý thuyết la bàn từ
với sự đóng góp của nhiều nhà bác học trên thế giới như là E.P Kolong, A.N Crulov,
N.N Oglobilinaki, P.A Domogarov...
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, con người đã phát minh ra la bàn
con quay dùng để chỉ hướng trên tàu biển. Với nguyên lý hoạt động hoàn toàn khác
với la bàn từ, la bàn con quay không chịu ảnh hưởng của từ trường do sắt trên tàu gây
TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

2


3

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
ra. Khả năng làm việc chính xác của la bàn con quay và khả năng kết nối truy xuất dữ
liệu với một số thiết bị điện tử khác như máy lái tự động, GPS,... đã làm lu mờ đi vai
trò của la bàn từ trên tàu biển. Tuy nhiên, la bàn từ có một lợi thế cơ bản mà không có
la bàn con quay nào thay thế được, đó là khả năng làm việc liên tục không gián đoạn
và không phụ thuộc nguồn điện trên tàu, đã giúp cho la bàn từ vẫn là trang bị bắt
buộc trên tàu biển theo như quy định của quốc tế.
Vì vậy, cho dù có sự trợ giúp của các trang thiết bị hiện đại, người sỹ quan hàng hải

vẫn cần phải nắm vững những kiến thức về độ lệch la bàn từ và thực hiện được công
tác khử độ lệch la bàn.
Có nhiều phương pháp khử độ lệch la bàn được đưa ra, nhưng phổ biến ở Việt Nam và
trên thế giới là dùng phương pháp Ery và xác định độ lệch bằng chập tiêu.
Về đề tài này, thì cũng đã được nhiều thầy, sinh viên và một số sỹ quan hàng hải,
những người đam mê và yêu thích môn la bàn từ này, nghiên cứu và biên dịch các tài
liệu nước ngoài. Với mục đích là tìm hiểu và tổng hợp lại kiến thức của những bậc đàn
anh đi trước, tài liệu này sẽ đi sâu phân tích lý thuyết độ lệch la bàn từ và sau đó là
giới thiệu công tác khử độ lệch la bàn từ trên luồng Sài Gòn- Vũng Tàu và tại cửa
Vũng Tàu.

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

3


4

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI

MỤC LỤC
PHẦN MỘT :
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỪ
1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TỪ: ....................................................................................................8
1.1.1 TỪ TÍNH VÀ NAM CHÂM: ............................................................................................................... 8
1.1.2 KHÁI NIỆM SỨC TỪ, TỪ KHỐI, ĐỊNH LUẬT COULOMB VÀ MÔMENT TỪ:.............................. 9
1.1.3 TỪ TRƯỜNG, CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG VÀ ĐƯỜNG SỨC TỪ: ..................................................11
1.2 CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG CỦA MỘT THANH NAM CHÂM THẲNG:................................................. 13
a. Cường độ từ trường tại một điểm trên trục từ: ..........................................................................................13
b.Cường độ từ trường tại một điểm ở trên đường trung trực của thanh nam châm: ........................................14

c. Cường độ từ trường tại một điểm bất kỳ trong từ trường: ..........................................................................15
1.3 SỰ TÁC DỤNG LẪN NHAU CỦA HAI THANH NAM CHÂM ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG ĐỀU: .......16
a. Vị trí Gay-lys-sắc thứ nhất: ......................................................................................................................18
b.Vị trí Gay-lys-sắc thứ hai:.........................................................................................................................19
1.4 HIỆN TƯỢNG TỪ HÓA: .......................................................................................................................... 19
1.4 VẬT LIỆU SẮT TỪ, SẮT NON, SẮT GIÀ: ............................................................................................. 22
1.5 QUÁ TRÌNH KHỬ TỪ: ............................................................................................................................ 26

PHẦN HAI:
ĐỊA TỪ TRƯỜNG, ĐỘ LỆCH ĐỊA TỪ, HOA ĐỊA TỪ
2.1 ĐỊA TỪ TRƯỜNG.................................................................................................................................... 28
2.1.1 Từ trường của Trái Đất: ......................................................................................................................28
2.1.2 Các phân lực địa từ và sự tác dụng của nó: ..........................................................................................30
2.2 ĐỘ LỆCH ĐỊA TỪ: .................................................................................................................................. 31
2.3 HOA ĐỊA TỪ – CẤU TẠO VÀ CÁCH SỬ DỤNG: .................................................................................. 32
2.4 BẢN ĐỒ CÁC YẾU TỐ ĐỊA TỪ: ............................................................................................................ 34

PHẦN BA:
LA BÀN TỪ HÀNG HẢI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
3.1 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ LA BÀN TỪ: ........................................................................................................... 37
3.2 PHÂN LOẠI LA BÀN TỪ: ....................................................................................................................... 38
3.3 CẤU TẠO LA BÀN TỪ HÀNG HẢI: ....................................................................................................... 40
3.3.1 Chân la bàn:.......................................................................................................................................41
3.3.2 Chậu la bàn:.......................................................................................................................................42
3.3.3 Các thanh nam châm và sắt non dùng để khử độ lệch la bàn từ:...........................................................44
3.3.4 Hệ thống quang học hay hệ thống kính chiếu vào buồng lái: ...............................................................46
3.3.5 Vòng phương vị: ................................................................................................................................48
3.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LA BÀN TỪ: ......................................................................................... 49
3.5 CẢM ỨNG ĐỊA TỪ VÀ ĐỘ LỆCH LA BÀN: .......................................................................................... 50
3.6 MỘT SỐ CHÚ Ý KHI SỬ DỤNG LA BÀN TỪ HÀNG HẢI: ................................................................... 52


TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

4


5

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
PHẦN BỐN:
LÝ LUẬN ĐỘ LỆCH RIÊNG LA BÀN
4.1 KHÁI NIỆM TỪ TRƯỜNG TÀU VÀ ĐỘ LỆCH RIÊNG LA BÀN: ......................................................... 53
a. Khái niệm từ trường tàu: ..........................................................................................................................53
b. Từ tính vĩnh cửu của con tàu: ...................................................................................................................53
c. Từ tính cảm ứng của con tàu và tác dụng của nó đối với la bàn: ................................................................55
d. Độ lệch riêng la bàn:................................................................................................................................56
4.2 HỆ PHƯƠNG TRÌNH POISSON: ............................................................................................................. 56
4.2.1 Khái niệm hệ trục tọa độ tàu: ..............................................................................................................56
4.2.2 Phân tích lực tác dụng của địa từ trường theo hệ trục tọa độ tàu: ..........................................................57
4.2.3 Tác dụng của sắt thép trên tàu đối với la bàn: ......................................................................................58
a. Khái niệm: ..........................................................................................................................................58
b. Tác dụng của sắt thép chiều dọc đối với la bàn: ....................................................................................59
c. Tác dụng của sắt non chiều ngang đối với la bàn: .................................................................................60
d. Tác dụng của sắt non chiều thẳng đứng đối với la bàn: .........................................................................60
e. Tác dụng của sắt già đối với la bàn: .....................................................................................................61
4.2.4 Phương trình Poisson: .........................................................................................................................61
4.3 HỆ SỐ SẮT NON VÀ CÁCH BIỂU DIỄN CÁC HỆ SỐ SẮT NON: ........................................................ 62
4.3.1 Dùng đòn sắt non biểu thị các hệ số sắt non: ........................................................................................62
4.3.2 Đòn sắt non biểu thị hệ số a - hệ số sắt non chiều dọc sinh ra bởi sắt non chiều dọc ..............................63
4.3.3 Đòn sắt non biểu thị hệ số b - hệ số sắt non chiều dọc sinh ra bởi sắt non chiều ngang:.........................64

4.3.4 Đòn sắt non biểu thị hệ số c- hệ số sắt non chiều dọc sinh ra bởi sắt non chiều thẳng đứng: ..................65
4.3.5 Bảng tóm tắt sự biểu diễn các hệ số sắt non bằng các đòn sắt non và dấu của chúng: ............................66
4.3.6 Phân tích trị số của các hệ số sắt non: ..................................................................................................67
4.4 CÁC LỰC ĐỘ LỆCH TÁC DỤNG LÊN LA BÀN: (
4.4.1 Chứng minh các lực
4.4.2 Phân tích các lực

)...................68
: ............................................................68
: ..................................................................73

4.4.3 Đa giác độ lệch: .................................................................................................................................75
4.5 ĐỘ LỆCH VÀ CÔNG THỨC CƠ BẢN CỦA ĐỘ LỆCH: ........................................................................ 75
4.5.1 Quan hệ giữa độ lệch sinh ra bởi các lực độ lệch và hướng tàu đi: ........................................................75
4.5.2 Công thức cơ bản về độ lệch: ..............................................................................................................81
4.5.3 Công thức tính các hệ số gần đúng của công thức độ lệch: ...................................................................81
4.6 NGUYÊN LÝ ĐỘ LỆCH TÀU NGHIÊNG: .............................................................................................. 82
4.6.1 Sự biến đổi của sức từ khi tàu nghiêng và tác dụng của nó đối với la bàn: ............................................82
4.6.2 Độ lệch nghiêng ngang: ......................................................................................................................83
4.6.3 Độ lệch nghiêng dọc ( nghiêng chúi): ..................................................................................................87

PHẦN NĂM:
MÁY ĐO TỪ LỰC - CÁC THIẾT BỊ KHỬ ĐỘ LỆCH LA BÀN TỪ
5.1 MÁY ĐO TỪ LỰC KOLONG: ................................................................................................................. 89

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

5



6

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
5.1.1 Nguyên lý cấu tạo của máy Kolong: ....................................................................................................89
5.1.2. Cấu tạo của máy đo lực từ Kolong: ....................................................................................................90
5.1.3 Kiểm tra và hiệu chỉnh máy Kolong: ...................................................................................................91
5.2 LA BÀN NGHIÊNG: ................................................................................................................................ 92
5.2.1 Cấu tạo của la bàn nghiêng: ................................................................................................................92
5.2.2 Kiểm tra và điều chỉnh la bàn nghiêng:................................................................................................92
5.3 PHƯƠNG PHÁP DÙNG MÁY KOLONG ĐO LỰC BẰNG: .................................................................... 93
5.3.1 Phương pháp đo lực H trên bờ:............................................................................................................93
5.3.2 Phương pháp đo lực H’: ......................................................................................................................94
5.4 PHƯƠNG PHÁP DÙNG MÁY KOLONG VÀ LA BÀN NGHIÊNG ĐỂ ĐO LỰC THẲNG ĐỨNG: ........ 94
5.4.1 Phương pháp đo lực Z ở trên bờ: ........................................................................................................94
5.4.2 Phương pháp hiệu chỉnh lực Z’ trên tàu: ..............................................................................................94
5.5 MỘT SỐ DỤNG CỤ KHỬ ĐỘ LỆCH: ...................................................................................................... 95

PHẦN SÁU:
CÁC PHƯỚNG PHÁP KHỬ ĐỘ LỆCH LA BÀN TỪ
6.1 KHÁI NIỆM CỦA VIỆC KHỬ ĐỘ LỆCH LA BÀN TỪ: .......................................................................... 97
6.2. PHƯƠNG PHÁP KHỬ ĐỘ LỆCH NỬA VÒNG: ..................................................................................... 97
6.2.1 PHƯƠNG PHÁP KHỬ ĐỘ LỆCH NỬA VÒNG TRÊN BỐN HƯỚNG ĐI TỪ CHÍNH ( PHƯƠNG
PHÁP ERY): ...............................................................................................................................................97
a. Nguyên lý khử lực C’

: ....................................................................................................................98

b. Nguyên lý khử lực B’

: ...................................................................................................................99


c. Một số lưu ý khi sử dụng phương pháp Ery khử độ lệch nửa vòng: ..................................................... 100
d. Phương pháp khử độ lệch nửa vòng gần đúng: ................................................................................... 102
6.2.2 PHƯƠNG PHÁP KHỬ ĐỘ LỆCH NỬA VÒNG TRÊN BỐN HƯỚNG ĐI LA BÀN CHÍNH
( PHƯƠNG PHÁP KOLONG): ................................................................................................................. 103
a.

Nguyên lý khử lực B’

.............................................................................................................. 103

c.

Nguyên lý khử lực C’

.............................................................................................................. 106

c. Một số lưu ý trong việc sử dụng phương pháp Kolong để khử độ lệch nửa vòng: ................................ 107
6.2.3 PHƯƠNG PHÁP DÙNG SẮT NON FLINDER ĐỂ KHỬ ĐỘ LỆCH NỬA VÒNG PHỤ THAY ĐỔI
THEO VĨ ĐỘ:........................................................................................................................................... 108
6.3 PHƯƠNG PHÁP KHỬ ĐỘ LỆCH GÓC PHẦN TƯ VÒNG: ................................................................... 110
6.3.1 PHƯƠNG PHÁP KHỬ ĐỘ LỆCH ¼ VÒNG DO LỰC D’
SINH RA: .......................................... 110
b. Nguyên lý khử gần đúng lực D’ H theo hướng đi từ - Phương pháp ERY: ........................................ 112
c. Nguyên lý khử gần đúng lực D’
trên hai hướng đi la bàn chính vuông góc với nhau - Phương pháp
Kolong:................................................................................................................................................. 114
6.3.2 PHƯƠNG PHÁP KHỬ ĐỘ LỆCH ¼ VÒNG DO LỰC E’ H SINH RA: ......................................... 116
6.4 PHƯƠNG PHÁP KHỬ ĐỘ LỆCH TÀU NGHIÊNG: .............................................................................. 118
6.4.1 KHỬ ĐỘ LỆCH NGHIÊNG NGANG: ............................................................................................. 118

a. Nguyên lý khử độ lệch nghiêng ngang: .............................................................................................. 118
b. Cách khử độ lệch nghiêng ngang: ...................................................................................................... 119

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

6


7

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
6.4.2 KHỬ ĐỘ LỆCH NGHIÊNG DỌC: ................................................................................................... 120

PHẦN BẢY:
CÔNG TÁC HIỆU CHỈNH LÀ BÀN TỪ VÀ LẬP BẢNG ĐỘ LỆCH CÒN LẠI
7.1 CÔNG TÁC CHUẨN BỊ TRƯỚC KHI HIỆU CHỈNH LA BÀN TỪ: ...................................................... 121
7.2 THỨ TỰ KHỬ ĐỘ LỆCH TRONG CÔNG TÁC HIỆU CHỈNH LA BÀN: .............................................. 123
a. Thứ tự khử độ lệch trên tàu mới: ............................................................................................................ 123
b. Thứ tự khử độ lệch trên tàu cũ: .............................................................................................................. 124
7.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN TÀU ĐI THEO HƯỚNG ĐI ĐỊA TỪ: ........................................................ 124
7.4 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ LỆCH LA BÀN KHI HIỆU CHỈNH: ............................................................... 126
a. Dùng chập tiêu hình quạt để đo độ lệch: ................................................................................................. 126
b. Dùng chập tiêu đơn để đo độ lệch: ......................................................................................................... 128
c. Dùng một mục tiêu ở xa để đo độ lệch: .................................................................................................. 129
d. Dùng thiên thể để đo độ lệch:................................................................................................................. 129
e. Dùng phương pháp so sánh hướng đi để đo độ lệch: ............................................................................... 130
7.5 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN CHÚ Ý KHI HIỆU CHỈNH LA BÀN: .............................................................. 131
7.6 CÁCH LẬP BẢNG ĐỘ LỆCH CÒN LẠI: ............................................................................................... 132
a. Sự cần thiết phải lập bảng độ lệch còn lại: .............................................................................................. 132
b. Các bước tiến hành: ............................................................................................................................... 132

c. Các phương pháp tính toán các hệ số gần đúng A, B, C, D, E: ................................................................ 133
d. Tính toán và lập bảng độ lệch: ............................................................................................................... 134

PHẦN TÁM:
SỬ DỤNG CHẬP TIÊU ĐỂ KHỬ ĐỘ LỆCH LA BÀN TỪ TRÊN LUỒNG SÀI
GÒN – VŨNG TÀU VÀ CỬA VŨNG TÀU
8.1 PHƯƠNG PHÁP KHử Độ LệCH ĐƯợC Sử DụNG: ................................................................................ 139
8.2 MộT VÀI YÊU CầU TRONG CÔNG TÁC KHử Độ LệCH THựC Tế VÀ TRƯờNG KHử:...................... 139
8.3 SỬ DỤNG CHẬP TIÊU ĐỂ KHỬ ĐỘ LỆCH TRÊN LUỒNG SÀI GÒN – VŨNG TÀU VÀ CỬA VŨNG
TÀU:............................................................................................................................................................. 140
8.3.1 Công tác chuẩn bị: ............................................................................................................................ 140
8.3.2 Thông tin tuyến luồng và các chập tiêu trong khu vực khử:................................................................ 140
8.3.3 Lực chọn địa điểm khử và các chập tiêu được sử dụng:...................................................................... 142
8.3.4 Lập sơ đồ điều động khu vực khử: (xem hình 8.2) ............................................................................. 142
8.3.5 Công tác khử sơ bộ trên luồng Sài Gòn trước khi đến khu vực thử: .................................................... 142
8.3.6 Công tác tiến hành khử: .................................................................................................................... 142

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

7


8

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
PHẦN MỘT:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỪ
Như chúng ta đã biết, nguyên lý làm việc của la bàn từ là dựa trên sự định hướng của
kim nam châm trong từ trường trái đất. Do vậy, phần này sẽ cung cấp những kiến thức
cơ bản nhất liên quan đến từ và từ trường.

1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TỪ:
1.1.1 TỪ TÍNH VÀ NAM CHÂM:
a. Khái niệm:
- Từ tính là tính chất của các vật có thể hút được sắt thép.
- Sắt có từ tính gọi là nam châm. Nam châm chia làm hai loại: nam châm tự
nhiên và nam châm nhân tạo. Nếu dùng phương pháp nhân tạo làm thép và
những hợp kim trở thành nam châm thì gọi là nam châm nhân tạo. Hình
dáng của nam châm nhân tạo có 3 loại: thanh dài, hình tròn, hình móng ngựa
và hình kim.

Hình 1.1: Một số loại nam châm
b. Tính chất của nam châm:
- Ở gần hai đầu nam châm có từ tính mạnh nhất gọi là từ cực. Đường nối hai
từ cực gọi là trục từ. Bộ phận ở giữa của nam châm không có từ tính gọi là
phần trung tính. Đối với nam châm hình thanh dài, vị trí của từ cực ở cách
hai đầu của chúng 1/12 chiều dài của thanh nam châm, đối với nam châm
hình kim thì từ cực ở tại đầu kim.

Hình 1.2: Vị trí từ cực trên thanh nam châm
TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

8


9

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
-

Một tính chất rất quan trọng của nam châm làm cơ sở để chế tạo la bàn là:

nếu một kim nam châm có thể quay tự do, khi đứng yên thì sẽ chỉ theo
hướng Bắc Nam cho nên ta gọi từ cực chỉ hướng Bắc là cực Bắc, biểu thị
bằng chữ “N”( North), từ cực chỉ hướng Nam gọi là cực Nam, biểu thị bằng
chứ “S”( South). Trong thực tế, ta gọi cực Bắc là cực dương hoặc biểu thị
bằng dấu “+” và được sơn màu đỏ; cực Nam là cực âm hoặc biểu thị bằng
dấu “-“ và được sơn màu xanh.

-

Nam châm có những đặc tính sau:
o Hai cực đồng cực thì đẩy nhau, hai cực khác cực thì hút nhau. Tương
tác giữa hai nam châm gọi là tương tác từ.
o Từ cực không thể cắt đôi được, bất kỳ một thanh nam châm nào khi
bị cắt thành nhiều đoạn nhỏ, thì mỗi đoạn đó là một thanh nam châm
nhỏ có các cực bắc và cực nam.

Hình 1.3: Tương tác từ giữa hai nam châm
Một câu hỏi được đặt ra ở đây là tại sao chỉ có sắt thép mới có thể biến
thành nam châm? Và tại sao lại không cắt đôi từ cực của nam châm ra
được? Hai vấn đề này sẽ được đề cập rõ hơn ở phần sau.
1.1.2 KHÁI NIỆM SỨC TỪ, TỪ KHỐI, ĐỊNH LUẬT COULOMB VÀ
MÔMENT TỪ:
a. Sức từ:
- Lực hút và lực đẩy nhau giữa hai cực từ gọi là sức từ, ta quy định sức đẩy
giữa hai cực cùng tên là dương, và sức hút giữa hai cực khác tên là âm.
-

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

9



10

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI

(-)

(-)

(+)

(+)

(+)

(+)

Hình 1.4:Mô tả sức từ

b. Từ khối ( hay từ tích):
- Từ khối là khối lượng từ để biểu thị cường độ từ cực, kí hiệu là m. Mỗi nam
châm đều có hai từ khối ở hai đầu. Quy định từ khối của cực bắc là dương
và của cực nam là âm
c. Môment từ:
- Sức từ tác dụng của hai cực của một nam châm ( tại một điểm nào đó trong
không gian) và từ khối của nó đều có dấu nghịch nhau, trị số tuyệt đối bằng
nhau. Cho nên lực từ do chúng gây ra sẽ làm suy yếu lẫn nhau. Hai cực
càng gần nhau, thì sự khử lực từ giữa chúng càng lớn. Dẫn đến sức từ của
một thanh nam châm tác dụng tại một điểm nào đó thì sẽ phụ thuộc vào từ

khối và khoảng cách giữa hai cực của nam châm. Do vậy, tích số của từ
khối của nam châm với khoảng cách giữa hai cực gọi là môment từ.
2l
- Theo hình 1.4, l là một nửa
khoảng cách giữa hai cực của
nam châm tức:

-

(+m)
M = 2ml
(1-1)
Trong hệ thống cm, gam, giây,
đơn vị của moment từ là cgsM.

(-m)
Hình 1.5 : Từ khối và moment từ

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

10


11

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
d. Định luật Coulomb:
- Qua thí nghiệm Coulomb chứng minh được rằng: lực tác dụng của hai cực
nam châm tỉ lệ thuận với tích số của từ khối của chúng và tỉ lệ nghịch với
bình phương khoảng cách giữa hai từ khối,tức là:

(1-2)
Trong đó: : là hệ số dẫn từ, trong chân không =1 thì công thức trên trở
thành:
(1-3)
-

Trong không khí
cho nên trong những vấn đề thông thường ta có thể
dùng công thức trên để tính lực tác dụng của các từ cực trong không khí.

1.1.3 TỪ TRƯỜNG, CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG VÀ ĐƯỜNG SỨC TỪ:
a. Từ trường:
- Theo định nghĩa tổng quát thì từ trườnglà môi trường vật chất đặc biệt sinh
ra quanh cácđiện tích chuyển độnghoặc do sự biến thiên của điện
trường hoặc có nguồn gốc từ các môment lưỡng cực từ.
- Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này, chúng ta chỉ đề cập đến từ
trường xung quanh nam châm là khoảng không gian bị tác dụng của sức từ
nam châm. ( Nguồn gốc của nó cũng bắt nguồn từ chuyển động của các hạt
điện tích, ở đây là các hạt electron trong nguyên tử, sẽ nói rõ hơn trong phần
từ hoá ).

Hình 1.6: Hình ảnh từ trường xung quanh nam châm
b. Cường độ từ trường:
- Cường độ từ trường là sức từ tác dụng lên một đơn vị từ khối dương ở tại
một điểm trong từ trường. Ký hiệu là H
TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

11



12

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
-

Cường độ từ trường H là một đại lượng vecto. Từ công thức ( 1-3) ta có
cách tính cường độ từ trường của một từ khối tại một điểm bất kỳ trong từ
trường:
(1-4)

-

-

-

Trong đó: m: là từ khối, d là khoảng cách từ từ khối đến vị trí tính H
Trong hệ thống cgsM, đơn vị của cường độ từ trường là Erstet ký hiệu Oe.
Trong đơn vị quốc tế, đơn vị cường độ từ trường được tính là Ampermet (
A/M), trong đó 1A/M=
Hướng tác dụng của cường độ từ trường biểu thị hướng của từ trường. Nếu
trong phạm vi nào đó H có trị số và hướng giống nhau thì từ trường trong
phạm vi đó gọi là từ trường đều. Trong thực tế hàng hải cho phép coi từ
trường Trái Đất ở không gian tàu chiếm chỗ là từ trường đều. Điều này làm
đơn giản hơn rất nhiều việc nghiên cứu la bàn.
Nếu từ cực có từ khối m ở tại một điểm trong từ trường bị tác dụng bởi một
sức từ F thì cường độ từ trường tại điểm đó sẽ là:
(1-5)

c. Đường sức từ:

- Nối liền các hướng của vecto cường độ từ trường của các điểm trong từ
trường sẽ tạo thành đường cong hoặc đường thẳng, đường ấy gọi là đường
sức từ. Tiếp tuyến tại một điểm nào đó trên đường sức từ trùng với phương
từ lực.
- Trong từ trường đều, đường sức có dạng đường thẳng, trong từ trường
không đều, đường sức có dạng đường cong.
- Đường sức từ của nam châm đi ra ở cực Bắc và đi vào ở cực Nam.
- Số lượng đường sức từ đi qua một đơn vị diện tích gọi là mật độ đường sức
từ. Mật độ đường sức từ càng cao thì từ trường các mạnh, và mật độ đường
sức từ ở hai đầu nam châm lớn hơn ở giữa.
- Hình ảnh các đường sức từ gọi là từ phổ.

Hình 1.7: Sử dụng mạt sắt xác định từ
phổ của một thanh nam châm thẳng
TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

12


13

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
Chú ý:
- Trong từ trường thanh nam châm đặt một vật liệu bằng kim loại thì đường
sức từ bị biến dạng. Chứng tỏ giúp ta giải thích ở những khu vực có nhiều
mỏ quặng kim loại có khả năng nhiễm từ mạnh sẽ làm cho đường sức từ của
từ trường trái đất biến mạnh dẫn đến hiện tượng nhiễu loạn từ, thậm chí sinh
ra bão từ gây tổn thất nặng cho các thiết bị điện, trạm biến áp điện trên bờ
cũng như các thiết bị điện trên tàu…
- Đường sức từ không xuyên qua hình trụ rỗng bằng kim loại nên tàu ngầm

không đặt được la bàn vì ở đây la bàn từ không có khả năng định hướng.
1.2 CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG CỦA MỘT THANH NAM CHÂM THẲNG:
Vì các thanh nam châm trong cấu tạo của la bàn từ hàng hải và các thanh
nam châm khử độ lệch đều có dạng thanh dài và thẳng nên việc đi sâu tìm
hiểu tính chất cường độ từ trường của thanh nâm châm thẳng là cần thiết.
a. Cường độ từ trường tại một điểm trên trục từ:
- Nếu từ khối của thanh nam châm NS là m, khoảng cách giữa 2 cực là 2l, từ
khối tạiđiểm A là +1 đơn vị, khoảng cách từ A đến trung tâm của thanh nam
châm là OA=d và d>>l
- Lực tác dụng của thanh
+m
nam châm đối vớiđiểm A

-

là tổngđại số của lực FN do
H
cực N tác dụng và lực FS
1
do S tác dụng.
Hình 1.8: Sức từ tác dụng tại1 điểm A trên trục từ
Theo định luật Coulomb ta có:

-

Gọi H1 là cường độ từ trường tại điểm A, ta có:

H1= FN + FS =

-


Vì theo giả thiết l<
+

=

rất bé có thể bỏ qua,

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

13

-m


14

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI

-

Suy ra:

-

Trong đó: M là moment từ của thanh nam châm
Như vậy: vectơ cường độ từ trường H1 có phương trùng trục dọc thanh nam
châm và có hướng từ đầu N đi ra.
Nhận xét: Từ công thức (1-6) ta có vecto cường độ từ trường tại một điểm

trên trục từ của thanh nam châm thẳng thì tỷ lệ thuận với hai lần moment từ
nam châm và tỉ lệ nghịch với lập phương khoảng cách từ nó đến tâm điểm
thanh nam châm.

-

H1 =

( 1-6)

b. Cường độ từ trường tại một điểm ở trên đường trung trực của thanh nam
châm:
- Nếu đặt tại điểm B nằm trên đường trung trực của thanh nam châm một từ
khối +1 đơn vị, và khoảng cách từ B đến tâm của thanh nam châm là OB= d
và d>>l.
- Lực tác dụng của thanh nam châm đối
với từ khối tại B là tổng hợp lực của lực
H2
FN do cực Bắc gây ra, và lực FS do cực
Nam gây ra, hai lực này có hướng khác
nhau nhưng về độ lớn thì như nhau, tức:

-

Gọi H2 là cường độ từ trường của thanh
nam châm tại điểm B, ta có H2 là hợp lực
Hình 1.9: Cường độ từ trường tại một
của hai lực trên, tức:
điểm nằm trên đường trung trực của
thanh nam châm

H2 = FNcos + FScos = ( FN+FS)cos
=
-

Mặt khác ta có:
Cos =
Suy ra H2 =

Vì giả thiết d>>l nên suy ra

=
rất bé, nên có thể bỏ qua

Cuối cùng ta được:
TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

14


15

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI

H2 =
-

(1-7)

Vậy vecto cường độ từ trường H2 có phương song song với trục dọc thanh

nam châm và có chiều hướng về cực S.
Nhận xét: So sánh công thức (1-6) và (1-7) ta nhận thấy: nếu A và B nằm
trên khoảng cách bằng nhau đối với nam châm, thì cường độ từ trường tại
một điểm trên trục từ sẽ bằng 2 lần cường độ từ trường tại 1 điểm trên
đường trung trực của thanh nam châm. Điều đó cho thấy quan hệ tỉ lệ thuận
giữa cường độ từ trường và mật độ đường sức từ.

c. Cường độ từ trường tại một điểm bất kỳ trong từ trường:
- Đặt tại C là một điểm bất kỳ trong từ trường một từ khối +1 đơn vị. Gọi
khoảng cách từ C đến tâm O thanh nam châm là d và d>>l.
H2
C
N’

N’
’

Hc
H1

S’
’

-

-

S’
Hình 1.10: Cường độ từ trường tại một
điểm bất kì trong từ trường thanh nam

Giả sử thanhchâm
nam thẳng
châm NS có moment từ là M. Ta chiếu vecto M đó lên
hướng OC và hướng vuông góc với OC ta được hai vecto M1 và M2. Bằng
cách đó ta thay thanh nam châm NS bằng 2 thanh nam châm N’S’ và N”S”
trên hướng OC và hướng vuông góc với OC. Trong đó, một thanh N”S’’có
điểm C nằm trên trục từ, và một thanh N’S’có điểm C nằm trên đường trung
trực.
Từ hình vẽ, ta có:
M1 = Msin và M2 = Mcos

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

15


16

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
-

Gọi H1 là cường độ từ trường do thanh N’S’ gây ra tại C, theo những chứng
minh ở trên ta có:
H1 =

-

Gọi H2 là cường độ từ trường tại điểm C do thanh nam châm N”S” gây ra,
ta có:
H2 =

-

Nên cường độ từ trường tại điểm C sẽ là tổng hợp hai cường độ từ trường
trên, do vậy:
Hc

=

=

=
-

Gọi

(1-8)

là góc hợp bởi Hc và H2 tac có:
Tg =

(1-9)

-

Ta nhận thấy công thức (1-6) và (1-7) chính là dạng thu gọn của của công
thức (1-8) khi góc
và góc
.
1.3 SỰ TÁC DỤNG LẪN NHAU CỦA HAI THANH NAM CHÂM ĐẶT TRONG

TỪ TRƯỜNG ĐỀU:
- Trong quá trình khử độ lệch la bàn từ, ta sẽ phải sử dụng các thanh nam
châm vĩnh cửu hoặc các thanh sắt non, để tạo ra lực tác dụng nên kim nam
châm của la bàn. Vì vậy, phần này sẽ đi sâu phân tích sự tương tác giữa các
thanh nam châm với nhau khi đặt chúng trong từ trường đều. Qua đó giúp
chúng ta hiểu phần nào về cơ chế của quá trình khử.
-

Phân tích lực tác dụng lên kim nam châm trong từ
trường đều:
-

Nếu kim nam châm NS có mô men
là 2ml, đặt trong từ trường đều có
cường độ từ trường H , thì chúng
chịu tác dụng của hai lực là +mH và
-mH (Hình 1.11).Các lực +mH , mH tạo với nhau thành một ngẫu
lực với cách tay đòn là NA, ta có:

Hình 1.11

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

16


17

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
NA = 2lsin

-

-

Dưới tác dụng của mô men quay này, kim nam châm sẽ quay và định
hướng dọc theo hướng của véc tơ cường độ từ trường . Giá trị mô
men quay ký hiệu là P được tính theo công thức:
P = 2lmHsin
(1-10)
Giả sử tại một vị trí nào đó trong không gian xung quanh kim nam
châm ta đặt mộtthanh nam châm thẳng N-S cố định , có mô men từ là
M (hình 1.12),

Hình 1.12
-

Cường độ từ trường của thanh nam châm N-S ở trọng tâm của kim
nam châm ta tính được theo công thức đã nghiên cứu ở 1.2 .

-

Ở đây
có hướng vuông góc với đường OO1 và
có hướng song
song với OO1. Do vậy lực tác dụng của thanh nam châm N-S lên kim
nam châm có thể tính được là: ± mH1 và ± mH2, các lực này tạo ra
những ngẫu lực và được tính theo công thức (1.9) là:
2lmH1cos(
và 2lmH2sin (
Tính tất cả 3 mô men làm quay kim nam châm và tổng hợp lại, ta có:

-

2lmHsin - 2lmH1cos(
Hay Hsin - H1cos (
-

- 2lmH2sin (
-H2sin (

=0
=0

Thay giá trị H1 và H2 vào, ta có điều kiện toán học cân bằng của kim
nam châm như sau:
TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

17


18

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI

Hsin -

(1-11)

Dưới đây ta nghiên cứu 2 trường hợp đặc biệt về lực tác dụng lẫn
nhau của kim namchâm và thanh nam châm thẳng dưới tác dụng của

từ trường đều H bao gồm vị trí Gay-lys-Sắc thứnhất và thứ hai.

a. Vị trí Gay-lys-sắc thứ nhất:
- Trục của thanh nam châm nằm vuông góc với hướng từ trường đều H
hay trọng tâm của kim nam châm nằm trên đường trục của thanh nam
châm. Vị trí này tương ứng với vị trí nam châm khử độ lệch tàu
nghiêng trong thân la bàn từ.
- Trong trường hợp này góc
. Thay giá trị này vào biểu
thức (1-10), ta có:
Hsin Hay:

(1-12)

Hình 1.13
-

Công thức (1.12) dùng trong thực tiễn để xác định thành phần nằm
ngang của từ trường trái đất.Để xác định H ta tiến hành như sau : đặt
một thanh nam châm thẳng có mô men từ M , ở trong từ trường trái
đất H . Trên khoảng cách d đã biết đặt một kim nam châm ở vị trí
Gay-Lys-Sắc thứ nhất , đo góc lệch của kim nam châm theo công
thức (1.11) ta tính được H. Công thức (1.12) cũng được sử dụng để
tính Mômen từ của thanh nam châm thẳng khi đã biết từ trường H,
khoảng cách d, góc lệch ô. Tính mômen từ M từ công thức (1.12):
M=

(1-13)

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

18


19

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
b. Vị trí Gay-lys-sắc thứ hai:
- Thanh nam châm đặt vuông góc với từ trường H hay trọng tâm kim
nam châm nằm trên đường vuông góc với trục thanh nam châm và đi
qua trung điểm của thanh . Vị trí này tương ứng với vị trí nam châm
khử độ lệch bán vòng (hình 1.14).
- Trong trường hợp này thay
,
. Thay giá trị này vào biểu thức
cân bằng của kim nam châm, ta có:

Suy ra:
-

H=

(1-14)

Công thức (1-14), thường được dùng để
xác định thành phần từ trường của quả
đất và mô men từ của thanh nam châm
(làm tương tự như vị trí Gay-lys- sắc thứ
nhất)

Hình 1.14

1.4 HIỆN TƯỢNG TỪ HÓA:
a. Hiện tượng từ hóa:
- Theo định nghĩa tổng quát, thì từ hóa là quá trình thay đổi các tính chất từ
(cấu trúc từ, mômen từ...) của vật chất dưới tác dụng của từ trường ngoài.
Khi được sử dụng như một động từ, từ hóa có nghĩa là làm thay đổi tính chất
từ của vật chất bằng từ trường ngoài.
- Theo cách hiểu trong luận văn này thì, từ hóa là quá trình biến một vật
không có từ tính thành vật có từ tính.
- Xét về mặt hiện tượng, từ hóa là sự thay đổi tính chất từ của vật chất theo từ
trường ngoài, xét về mặt bản chất, đây là sự thay đổi các mômen từ nguyên
tử. Khi đặt vào từ trường ngoài, các mômen từ nguyên tử có xu hướng bị
quay đi theo từ trường ngoài dẫn đến sự thay đổi về tính chất từ.

Hình 1.15:Cấu trúc từ của màng
mỏng hợp kimpermalloy (dày 20 nm)
thay đổi trong quá trình từ hóa (ảnh
quan sát bằng kính hiển vi
Lorentz Philips CM20).

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

19


20

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
b. Độ từ hóa (từ độ):

- Để đánh giá khả năng bị từ hóa của vật liệu, người ta dùng khái niệm độ từ
hóa. Như vậy, độ từ hóa ( hay từ độ) là một đại lượng vật lý nói lên khả
năng bị từ hóa của một vật liệu từ, được xác định bằng tổng mômen
từ nguyên tử trên một đơn vị thể tích, hoặc một đơn vị khối lượng. Độ từ
hóa được ký hiệu là M, ta có:
(1-15)
Trong đó: M: là độ từ hóa (A/m)
 N: là tổng số lượng moment từ nguyên tử
 V: là thể tích vật liệu
 m: là môment từ nguyên tử
 n: là mật độ moment từ nguyên tử trong một đơn vị thể
tích vật liệu từ.
Ta nhận thấy, độ từ hóa chỉ mới đề cập đến khả năng nội tại của vật liệu từ.
Chưa đề cập đến vai trò của từ trường ngoài gây nên từ hóa. Vì vậy chưa thể
hiện được hết bản chất của hiện tượng từ hóa, và để làm được điều này,
người ta dùng một đại lượng mới gọi là hệ số từ hóa ( hay hệ số dẫn từ hay
độ cảm từ).
-

-

c. Hệ số từ hóa ( hay độ cảm từ):
- Hệ số từ hóa ( hay độ cảm từ) là một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả
năng từ hóa của vật liệu, hay nói lên khả năng phản ứng của vật liệu dưới
tác dụng của từ trường ngoài.Độ cảm từ thể hiện mối quan hệ giữa độ từ
hóa (là đại lượng nội tại) và từ trường ngoài, nên thường mang nhiều ý
nghĩa vật lý gắn với các tính chất nội tại của vật liệu.
-

Hệ số từ hóa thường được ký hiệu là và được xác định bằng tỷ số

giữa độ từ hóa (M) và cường độ từ trường ngoài( H).
(1-16)
Vì M và H là hai đại lượng có cùng thứ nguyên nên
không có thứ nguyên.

-

là đại lượng

Tuy nhiên trong kỹ thuật, người ta lại quan tâm đến một đại lượng khác
cũng có ý nghĩa tương tự như hệ số từ hóa. Gọi là độ từ thẩm.

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

20


21

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
d. Độ từ thẩm:
- Độ từ thẩm là 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. Khái niệm từ thẩm thường mang tính chất kỹ
thuật của vật liệu, nói lên quan hệ giữa cảm ứng từ (đại lượng sản sinh
ngoại) và từ trường ngoài. Độ từ thẩm thực chất chỉ đáng kể ở các vật liệu
có trật tự từ (sắt từ và feri từ).Độ từ thẩm thường được ký hiệu là μ.
- Mối quan hệ giữa độ từ thẩm và độ cảm từ:
-

Cảm ứng từ, B quan hệ với từ độ và cường độ từ trường theo biểu
thức:
B = μ0(H + M)
 với μ0 là hằng số từ, hay được gọi là độ từ thẩm của chân
không, có độ lớn
μ0 = 4.π10 − 7T.m / A

-

Như vậy:
B = μ0(1 + χ).H

-

Suy ra:

B=μ.H

-

Như vậy, đại lượng độ từ thẩm và độ cảm từ quan hệ với nhau qua
biểu thức:
μ = μ0(1 + χ)

-

(1-17)

(1-18)

Độ từ thẩm có cùng ý nghĩa với độ cảm từ, đều nói lên khả năng phản
ứng của các vật liệu dưới tác dụng của từ trường ngoài.

e. Phân loại vật liệu từ:
- Tùy theo sự tác dụng của từ trường ngoài và sự hưởng ứng của vật liệu từ
trong quá trình từ hóa, người ta phân biệt thành các loại vật liệu từ khác
nhau:
- Vật liệu nghịch từ: ứng với μ<1
 Nghịch từ là bản chất cố hữu của mọi loại vật chất, ở đó, chất
không có mômen từ nguyên tử, và tạo ra một từ trường phụ
ngược với chiều của từ trường ngoài theo xu hướng của cảm
ứng điện từ (quy tắc Lenz). Vì thế, chất nghịch từ có mômen
từ âm và ngược với chiều từ trường ngoài.

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

21


22

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
-

Vật liệu thuận từ: ứng với μ>1
 Quá trình từ hóa ở chất thuận từ, chất có mômen từ nguyên tử
nhỏ và không liên kết, xảy ra đơn giản, các mômen từ nguyên
tử sẽ quay theo từ trường ngoài và tạo ra một từ trường phụ
dương (thắng thế hiệu ứng nghịch từ cố hữu). Vì thế, quá trình
từ hóa chỉ đơn giản là sự tăng tuyến tính của từ độ theo từ

trường ngoài và đạt bão hòa khi từ trường rất lớn và nhiệt độ
rất thấp.

-

Vật liệu sắt từ và các vật liệu có trật tự từ khác (phản sắt từ, feri
từ): ứng vơi μ >>1
 Trong các vật liệu này, mômen từ nguyên tử lớn và có liên kết
với nhau thông qua tương tác trao đổi nên quá trình từ hóa trở
nên rất phức tạp. Quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như cấu trúc từ, cấu trúc tinh thể cũng như sự đồng nhất của
vật liệu. Các quá trình từ hóa lúc này là sự thay đổi cấu trúc
đômen từ ( magnetic domain) của chất, và dẫn đến nhiều loại
chất khác nhau, ví dụ như vật liệu sắt từ mềm, vật liệu sắt từ
cứng...

Hình 1.16: Sự biến đổi của các đômen từ trong vật liệu sắt từ khi bị từ hóa

1.4 VẬT LIỆU SẮT TỪ, SẮT NON, SẮT GIÀ:
-

Vì tàu biển được chế tạo chủ yếu từ sắt và các hợp kim của sắt, mà chúng
đều là những vật liệu sắt từ, nên phần này sẽ đi sâu phân tích đặc tính từ
hóa ở vật liệu sắt từ làm nền tảng kiến thức cho lý luận độ lệch la bàn từ
được trình bày ở những phần sau.

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

22

23

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
a. Vật liệu sắt từ:
- 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.
- Các chất sắt từ có độ từ thẩm rất lớn (μ>>1), nên có khả năng từ hóa đặc
biệt. Khả năng này có thể được giải thích như sau:
- Vật thể sắt từ được cấu tạo bởi vô số các nam châm phân tử ( hay các
moment từ nguyên tử). Nếu các nam châm phân tử chuyển động hỗn
loạn thì lực tác dụng giữa chúng trong trường hợp tổng quát bằng
không và vật thể không có từ tính. Các nam châm phân tử tác dụng
tương hỗ và giữa chúng ở vị trí cân bằng.
- Nếu ta đem vật liệu sắt từ đặt vào trong một từ trường, dưới tác dụng
của các lực, các nam châm phân tử bị định hướng theo hướng xác
định, nghĩa là nó bị từ hóa. Sau khi tất cả các nam châm phân tử đã
định hướng theo từ trường ngoài thì nó ở tình trạng bão hòa từ và
không có khả năng từ hóa hơn nữa.
- Nếu ta triệt tiêu từ trường từ hóa bên ngoài, thì do lực tác dụng tương
hỗ giữa các phân tử lại làm chúng chuyển động hỗn loạn trở về tình
trạng ban đầu. Nhưng do hiện tượng định hướng song song của các
nam châm phân tử, mặt khác lực tác dụng tương hỗ giữa chúng phát
sinh không hoàn toàn giống như ban đầu, do vậy chúng vẫn còn một
lượng từ dư khi từ trường bên ngoài bị triệt tiêu, và chúng có thể trở
thành nam châm. ( xem hình 1.16)
- Đây cũng là cách lý giải cho sự hình thành nam châm trong tự nhiên ( các

quặng sắt bị từ hóa bởi từ trường Trái Đất) và là nguyên lý cho việc chế tạo
nam châm nhân tạo, đồng thời nó cũng giải thích sự hút nhau giữa thanh
nam châm và vật liệu sắt từ ( nam châm từ hóa vật thể sắt từ trở thành một
nam châm, nên xảy ra lực tương tác giữa 2 nam châm).
- 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.
TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

23


24

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
b. Hiện tượng từ trễ, đường cong từ trễ và một số tính chất của vật liệu sắt
từ:
- Hiện tượng từ trễ: Là một đặc trưng dễ thấy nhất ở chất sắt từ. Khi từ hóa
một khối chất sắt từ các mômen từ sẽ có xu hướng sắp xếp trật tự theo
hướng từ trường ngoài do đó từ độ của mẫu tăng dần đến độ bão hòa khi từ
trường đủ lớn (khi đó các mômen từ hoàn toàn song song với nhau). Khi
ngắt từ trường hoặc khử từ theo chiều ngược lại, do sự liên kết giữa các
mômen từ và các đômen từ, các mômen từ không lập tức bị quay trở lại
trạng thái hỗn độn như các chất thuận từ mà còn giữ được từ độ ở giá trị
khác không.

-

Nếu ta biểu diễn quá trình từ hóa vật liệu sắt từ thành đường cong mối quan
hệ giữa từ độ M và cường độ từ trường H thì đường cong đảo từ sẽ không
khớp với đường cong từ hóa ban đầu. Và nếu ta từ hóa và khử từ theo một
chu trình kín của từ trường ngoài, ta sẽ có một đường cong kín gọi là đường
cong từ trễ.

C

A

O

Hình 1.17: Đường cong từ trễ- đặc tính quan trọng nhất của sắt từ
-

Dựa vào đường cong từ hóa ban đầu, ta nhận thấy đoạn OA gần như là
đường thẳng, nghĩa là trong từ trường yếu, từ độ gần như là tỷ lệ thuận với
cường độ từ trường ngoài. Khi tăng H thì M tăng theo, đến A thì không còn
TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

24


25

LA BÀN TỪ HÀNG HẢI
tăng nữa. A được gọi là điểm bão hòa. Sau đó nếu tiếp tục tăng H thì đường
từ hóa sẽ tăng gần như theo hướng bằng.

-



Chú ý: Đây là một tính chất quan trọng cần phải ghi nhớ, có thể phát biểu
lại như sau: trong từ trường yếu, sắt bị từ hóa, thì cường độ cảm ứng từ
của nó sẽ tỷ lệ thuận với lực từ hóa. Quan hệ này là một vấn đề chủ yếu
để giải quyết độ lệch la bàn từ.

Đường cong từ trễ cũng cung cấp cho ta một số tính chất cơ bản của vật liệu sắt
từ, như là:
- Từ độ bão hòa: Là từ độ đạt được trong trạng thái bão hòa từ, có
nghĩa là tất cả các mômen từ nguyên tử của chất sắt từ song song với
nhau.
- Từ dư: Là giá trị từ độ khi từ trường ngoài được khử về 0.
- Lực kháng từ ( lực giữ từ): Là từ trường ngoài cần thiết để khử
mômen từ của vật mẫu về 0, hay là giá trị để từ độ đổi chiều. Đôi khi
lực kháng từ còn được gọi làtrường đảo từ.
- Nhiệt độ Curie: Là nhiệt độ mà tại đó, chất bị mất từ tính. Ở dưới
nhiệt độ Curie, chất ở trạng thái sắt từ, ở trên nhiệt độ Curie, chất sẽ
mang tính chất của chất thuận từ. Nhiệt độ Curie là một tham số đặc
trưng cho chất sắt từ. Ví dụ như:
Chất liệu sắt từ
Sắt
Côban
Niken
Gadoli
Dysproxium
MnBi
MnSb

Nhiệt độ Curie (oK)
1043
1388
627
292,5
88
630
587

Hình 1.18: Hình ảnh
các đômen từ của màng
CoIr chụp ở chế độ Fresnel
trên kính hiển vi điện tử
truyền qua.

TRẦN ANH NGÂN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM

25