Piotr Biernat 12.11.96.

Laboratorium z fizyki ogólnej

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 58

Temat ćwiczenia : Badanie ferromagnetyków

Program ćwiczenia :

1. Wyznaczenie pierwotnej krzywej namagnesowania dla 2 próbek ferromagnetyka

2. Obserwacja i pomiar dynamicznej pętli histerezy również dla 2 próbek

3. Wyznaczenie parametrów Br i Hc dla pomierzonych próbek

Wstęp

Ferromagnetyki są ciałami zbudowanymi z atomów, które mają nie do końca wypełnione powłoki elektronowe, a tym samym mają nieskompensowane spinowe momenty magnetyczne. Między momentami magnetycznymi sąsiednich atomów zachodzi oddziaływanie, które prowadzi do organizowania się fragmentów ferromagnetyka w domeny o jednakowej orientacji tego momentu. Ze względu na to, że na ferromagnetyk składa się wiele domen o różnej wzajemnej orientacji spinowego momentu magnetycznego, próbka jako całość nie wykazuje z reguły wypadkowego momentu magnetycznego. W zewnętrznym polu magnetycznym następuje porządkowanie domen w kierunku tego pola.

Ponieważ po usunięciu pola magnetycznego granice domen nie wracają całkowicie do sytuacji wyjściowej obserwujemy krzywą namagnesowania w postaci pętli histerezy. Jej pole jest proporcjonalne do pracy wykonanej na przemagnesowanie ferromagnetyka. Charakterystyczne są dla niej dwa parametry :

-Br : pozostałość magnetyczna, czyli namagnesowanie próbki przy wyłączeniu zewnętrznego pola magnetycznego,

- Hc : pole koercji, czyli wartość natężenia pola magnetycznego potrzebnego do skompensowania pozostałości magnetycznej.

Układ pomiarowy :

Pomiarów dokonano dla częstotliwości przemagnesowywania równej 50 Hz.

Obserwacji dokonywano na oscyloskopie.

Wykorzystano następujące zależności :

H = Ux , B = Uy ,

czyli :

H = a*Ux , gdzie a = ,

B = b*Uy , gdzie b = .

Parametry układu :

R2	C
200 kΩ	1.5 μF

Nr próbki	R1 [Ω]	n1 [zw]	n2 [zw]	l [mm]	s [mm2]	a [A/(Vm)]	b [T/V]
1	10	200	200	90	45	222.2	33.3
2	8.2	250	200	94	56	324.3	26.8
3	2.8	200	314	150	5.4	476.2	176.9

ad. 1)

Wyniki obserwacji przedstawiono na wykresach B=B(H).

Dla próbek 1 i 2 można zaobserwować nasycanie namagnesowania próbki, którego nie widać przy próbce 3.

ad. 2 i 3)

Wyniki pomiarów i obliczone na ich podstawie warości Br i Hc :

Nr próbki	UyOL [mV]	UxOD [mV]	Br [mT]	Hc [A/m]
1	7	100	233.33	22.2
2	8.4	95	225.00	30.8
3	0.04	250	7.08	119.0

Policzenie błedu pomiarów nie było możliwe ze względu na brak danych dotyczących dokładności poszczególnych elementów układu. Niemniej jednak należałoby go liczyć metodą różniczki zupełnej wg niżej przytoczonych wzorów :

ΔH= | H*Δl | + |H*Δn1| + | H*ΔR1| + | H*ΔUx|

ΔH = Ux*(δl + δn1 + δR1 + δUx)

ΔB= |(B)*ΔR2| + |(B)*ΔC| + | (B)*ΔS| + |(B)*Δn2| + | (B)*ΔUy|

ΔB = Uy * (δR2 + δC + δn2 + δS + δUy)

Wnioski

Z uzyskanych wyników możemy wyciągnąć wnioski co do własności magnetycznych badanych próbek. Próbki 1 i 2 okazały się ferromagnetykami „miękkimi”, a więc łatwo magnmesowalnymi, ze stosunkowo szeroką pętlą histerezy co predestynuje je w np. takich zastosowaniach jak rdzenie transformatorów (próbka 2 bardziej „miękka” niż próbka 1). Na wykresach namagnesowania pierwotnego widać wejście w zakres nasycenia dla dużych H wywołane rozprzestrzenieniem się domen o orientacji zgodej z H na prawie całą próbkę. Próbka 3 wykazuje własności ferromagnetyka „twardego”, dla którego namagnesowania potrzebne jest silne pole magnetyczne, które powoduje powolny aczkolwiek w przybliżeniu liniowy wzrost B (następuje przeorientowywanie domen).

Trzeba podkreślić małą dokładność uzyskanych wyników, na co największy wpływ wydaje się mieć błąd odczytu wartości z ekranu oscyloskopu.

---