DZIEŃ/GODZ.

Poniedziałek 11:00

WYDZIAŁ

INŻYNIERIA
Ś

RODOWISKA

DATA

07.05.2007 r.

NR ZESPOŁU

4

NAZWISKO I IMIĘ

1. STRZAŁKA ANNA
2. KĘPA DARIUSZ
3. MAJ RAFAŁ

OCENA Z
PRZYGOTOWANIA

OCENA

PROWADZĄCY

PODPIS

TEMAT:

BADANIE

WŁAŚCIWOŚCI

MAGNETYCZNYCH

CIAŁ

STAŁYCH. WYZNACZANIE TEMPERATURY CURIE.

Cel doświadczenia:

Celem ćwiczenia było badania wpływu temperatury na magnetyczne właściwości próbki

ferromagnetyka, badanie zmian magnetyzacji próbki w zewnętrznym polu magnetycznym

oraz wyznaczenie temperatury Curie.

Podstawy teoretyczne:

Ferromagnetyki charakteryzują się dużą podatnością

magnetyczną i jej dużą zależnością od natężenia

zewnętrznego pola magnetycznego. Ferromagnetyki

po namagnesowaniu i usunięciu pola magnesującego

zachowują trwale pewien moment magnetyczny,

który nosi nazwę pozostałości magnetycznej.

Ferromagnetyzm występuje w tych ciałach, w których

występuje silne oddziaływanie między spinowymi momentami magnetycznymi; jest on

własnością kryształów, a nie pojedynczych atomów. W wyniku tego oddziaływania stabilnym

energetycznie stanem elektronów w krysztale jest stan, w którym spinowe momenty

magnetyczne są uporządkowane równolegle. W pewnych kryształach stan uporządkowania

charakteryzuje się tym, że spinowe momenty magnetyczne są zorientowane antyrównoległe;

ciała takie są nazywane antyferromagnetykami. Strukturę magnetyczną kryształu

antyferromagnetyka można rozpatrywać jako złożoną- składającą się z dwóch podsieci

namagnesowanych przeciwnie względem siebie. Podatność magnetyczna ferromagnetyków

zależy od temperatury; stają się one paramagnetykami w temperaturze wyższej od pewnej

temperatury

C

T

>>

θ

. Zależność tę ujmuje prawo Curie- Weissa:

θ

χ

−

=

T

C

Wraz z ogrzewaniem ferromagnetyka zaczyna zanikać uporządkowanie domen oraz zbliżając

się do temperatury Curie spadek napięcia staje się coraz bardziej gwałtowny.

Wykonanie ćwiczenia:

Do wykonania doświadczenia posłużyliśmy się układem złożonym z próbki ferromagnetyka z

nawiniętą na nią cewką pierwotną, która magnesowała próbkę, spirali grzejnej oraz cewki

wtórnej. W trakcie pomiaru korzystałyśmy z układu całkującego elektronicznego EUC,

termopary oraz woltomierza.

Podczas ogrzewania próbki ferromagnetyka zaobserwowaliśmy następujące zmiany

indukowanego przezeń prądu na cewce wtórnej:

L.p.

T [°C]

U [V]

6

160

±

8

0,421

±

0,011

7

165

±

8

0,392

±

0,011

8

167

±

8

0,373

±

0,011

9

168

±

8

0,358

±

0,010

10

169

±

8

0,337

±

0,010

11

170

±

8

0,317

±

0,010

12

171

±

8

0,302

±

0,010

13

172

±

8

0,275

±

0,009

14

173

±

8

0,248

±

0,009

15

174

±

8

0,225

±

0,008

16

175

±

8

0,205

±

0,008

17

176

±

8

0,179

±

0,008

18

178

±

8

0,146

±

0,007

19

180

±

8

0,124

±

0,007

20

181

±

8

0,117

±

0,007

21

183

±

8

0,097

±

0,006

22

184

±

8

0,087

±

0,006

23

187

±

8

0,064

±

0,006

24

189

±

8

0,050

±

0,006

25

197

±

8

0,031

±

0,005

26

203

±

9

0,026

±

0,005

27

215

±

9

0,023

±

0,005

Wykres zależności napięcia od temperatury

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

150

160

170

180

190

200

210

T [°C]

U

[

V

]

Korzystając z powyższego wykresu wyznaczamy graficznie wartość temperatury Curie oraz

jej niedokładność.

C

T

C

°

±

=

9

172

L.p.

T [°C]

1/U [V]

1

172

±

8

3,636

±

0,121

2

173

±

8

4,032

±

0,142

3

174

±

8

4,444

±

0,165

4

175

±

8

4,878

±

0,192

5

176

±

8

5,587

±

0,240

6

178

±

8

6,849

±

0,337

7

180

±

8

8,065

±

0,446

8

181

±

8

8,547

±

0,493

9

183

±

8

10,309

±

0,686

10

184

±

8

11,494

±

0,833

11

187

±

8

15,625

±

1,455

12

189

±

8

20,000

±

2,300

13

197

±

8

32,258

±

5,687

14

203

±

9

38,462

±

7,973

15

215

±

9

43,478

±

10,104

16

228

±

9

43,478

±

10,104

Wykres zależności odwrotności Napięcia od Temperatury

0

10

20

30

40

50

60

170

180

190

200

210

220

230

T [°C]

1

/U

[1

/m

V

]

Z powyższego wykresu odczytaliśmy wartość temperatury Θ = 177 ± 8 ˚C

Powyższy wykres obrazuje zależność

A

M

U

+

1

~

1

, jednak prosta, z której wyznaczyliśmy

temperaturę Θ nie uwzględnia składowej A, która powoduje, że wykres powyżej pewnej

temperatury (~ 200 ˚C) ulega „wypłaszczeniu”.

Korzystając z prawa Curie – Weisa wyznaczamy temperaturę Curie:

U

C

T

T

C

U

C

C

−

Θ

=

⇒

Θ

−

=

503

,

173

358

,

0

252

,

1

177

=

+

=

C

T

147

,

8

1

1

=

∆Θ

⋅

Θ

∂

∂

+













∆

⋅













∂

∂

+

∆

⋅

∂

∂

=

∆

C

C

C

C

T

U

U

T

C

C

T

T

C

T

C

°

±

=

9

174

Wnioski:

Według naszych spostrzeżeń (przy pomocy metody graficznej) punkt Curie dla badanego

przez nas ferromagnetyka znajduje się w temperaturze 172 ± 9 °C, jest to środek przedziału,

w którym zaobserwowaliśmy gwałtowne spadki napięcia indukowanego przez badaną próbkę

ferromagnetyka.

Zgodnie z prawem Curie – Weisa wykonaliśmy obliczenia, z których wynika, że punkt Curie

dla zadanego ferromagnetyka znajduje się w temperaturze 174 ± 9 °C.

Wyniki wyznaczenia temperatury Curie przy pomocy metody graficznej oraz z prawa Curie –

Weisa wyszły zgodne, więc można śmiało przyjąć, że temperatura Curie badanej przez nas

próbki ferromagnetyka znajduje się w przedziale 172 ± 9 °C. Niedokładność naszych

pomiarów jest spowodowana niedokładnością przyrządów pomiarowych (głównie miernika

temperatury, którego błąd systematyczny wynosił ± 5°C), jakimi dysponowaliśmy podczas

wykonywania doświadczenia oraz bardzo szybkim ogrzewaniem przez nas próbki

ferromagnetyka.