I. Wstęp teoretyczny.

Własności magnetyczne materiałów.

Własności magnetyczne elementarnego prądu okrężnego można scharakteryzować za pomocą momentu magnetycznego, którego wartość wyznaczmy jako iloczyn prądu elementarnego okrężnego i pola powierzchni wyznaczonej przez orbitę tego prądu ,

czyli

P_m=I S

Moment magnetyczny jest wielkością wektorową , a jej zwrot wyznacza reguła korkociągu. Jeżeli zwrot prądu jest zgodny z kierunkiem obrotu korkociągu , to ruch postępowy korkociągu wyznacza zwrot wektora momentu magnetycznego.

Stopień namagnesowania materiału określa wektor namagnesowania zwany też momentem magnetyzacji lub wektorem polaryzacji magnetycznej, zdefiniowany jako suma geometryczna momentów magnetycznych prądów elementarnych , przypadająca na jednostkę objętości. Jednostka magnetyzacji jest 1 amper na metr (1).

Indukcję magnetyczna wyznacza się w postaci B=μ₀H+μ₀J

przy czym magnetyzacja jest proporcjonalna do natężenia pola magnetycznego zewnętrznego H , czyli

J=ℵ_mH

Przy czym ℵ nazywamy podatnością magnetyczna.

Podatność magnetyczna jest bezwymiarowa.

Magnetyzacja J określa zatem zdolność materiału do magnesowania się pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego H.

Względna przenikalność magnetyczna.

μ_r jest wielkością charakterystyczną dla danego ośrodka i zależą od warunków , w których on się znajduje. Dla próżni μ_r=1. Ciała posiadające μ_r>1są nazywane ciałami paramagnetycznymi. Dla ciał diamagnetycznych μ_r<1.

Wartość μ_r dla ciał para- i diamagnetycznych nie zależy od natężenia pola H, w których te ciała się znajdują .

Materiały z punktu widzenia ich własności magnetycznych dzielimy na trzy grupy .

Do grupy pierwszej zaliczmy materiały diamagnetyczne.

W materiałach tych pole magnetyczne prądów elementarnych przeciwdziała polu magnetycznemu przyłożonemu na zewnątrz. W materiałach diamagnetycznych wypadkowa indukcja magnetyczna B jest mniejsza niż w próżni .

Przenikalność magnetyczna materiałów diamagnetycznych jest mniejsza od jedności.

Do materiałów diamagnetycznych należy min. woda , kwarc , srebro, bizmut, miedź.

Do grupy drugiej zaliczamy materiały paramagnetyczne .

W materiałach tych pole magnetyczne prądów elementarnych współdziała z polem magnetycznym przyłożonym z zewnątrz i wobec tego wypadkowa indukcja magnetyczna B jest większa niż w próżni. Przenikalność magnetyczna względna tych materiałów jest większa od jedności.

Do materiałów paramagnetycznych zaliczmy min. platynę, aluminium, powietrze i inne.

Do grupy trzeciej zaliczmy materiały ferromagnetyczne.

W materiałach tych pole magnetyczne prądów elementarnych współdziała z polem magnetycznym przyłożonym z zewnątrz, czyli czyli tak jak w materiałach paramagnetycznych z tą różnicą, że wypadkowa indukcja magnetyczna B jest dużo większa niż w próżni tzn. B〉〉μ₀H.

Materiały te wykazują duży stopień magnetyzacji , przenikalność magnetyczna jest setki i tysiące razy większa od jedności.

Do materiałów tych należą żelazo, nikiel i ich stopy .

Przyczyną dużych wartości μ_r jest zarówno budowa atomów , jak i własności ich sieci krystalicznej, które prowadza do tego ,że wbrew ruchowi cieplnemu cząsteczki dipolowe tych ciał ustawiają się niemal dokładnie równolegle w kierunku przyłożonego pola magnetycznego.

Wpływ temperatury na magnetyki.

W ciałach diamagnetycznych temperatura nie wpływa na wielkość ℵ w przypadku ciał paramagnetycznych tłumaczymy następująco : ciała magnetyczne zbudowane są z cząstek dipolowych , których osie ułożone są bezwładnie. Po wprowadzeniu cząstek dipolowych paramagnetyku w zewnętrzne pole magnetyczne , osie magnetyczne tych dipoli dążą do ustawienia się zgodnie z H pola zewnętrznego. Temu porządkowemu działaniu pola zewnętrznego przeciwdziała ruch cieplny cząstek ośrodka, powodujące ciągłe zderzenia cząstek między sobą. Im wyższa temperatura , tym cząsteczki ustawiają się gorzej. Stąd wpływ temperatury na wielkość ℵ ciał paramagnetycznych.

Piotr Curie , badając powyższe zjawiska , doszedł do wniosku , że podatność magnetyczna ciał paramagnetycznych ℵ jest odwrotnie proporcjonalna do ich temperatury bezwzględnej T.

Ciała paramagnetyczne powyżej pewnej temperatury θ staja się paramagnetyczne.

Zjawisko to przewidział Curie , stąd temperatura θ nosi nazwę temperatury lub punktu Curie.

ℵ Obszar ferromagnetyczny

Obszar paramagnetyczny

0 θ T

Wykres zależności podatności magnetycznej ℵ od temperatury T dla ciał ferromagnetycznych.

Schemat pomiarowy.

F- badany ferryt

termopara

I- Rurka kwarcowa z nawiniętym uzwojeniem grzejnym jako uzwojenie pierwotne

1. transformatora

Z- obwód zasilania żarówki miliamperomierza

Tabela pomiarowa.

E	[mV]	...	5.0	6.0	7.0	8.0	9.0	9.1	9.2	9.3	9.4	9.5	9.6	9.7
I	[dz]		130	130	129	128	126	126	125	125	125	124.5	123	122
I	[mA]		2.6	2.6	2.58	2.56	2.52	2.52	2.51	2.50	2.50	2.49	2.46	2.44
T	[K]		395.1	323.1	343.1	473	493	497	499	502	504.7	507.2	509	512

9.8	9.9	10.0	10.1	10.2	10.3	10.4	10.5
120	110	94	74	62	54	43	32
2.40	2.20	1.88	1.48	1.24	1.08	0.86	0.64
514.6	516.4	519.4	521.9	524.3	526.8	529.2	531.6

Wykres zależności natężenia prądu w uzwojeniu wtórnym transformatora od temperatury rdzenia ferrytowego.

Odczytana wartość temperatury wynosi:

T=533.3[K] czyli T=260[ C]

Wnioski.

W ćwiczeniu badaliśmy zachowanie ferrytu wraz ze wzrostem temperatury.

Dla przyjętych z tabelki wartości siły termoelektrycznej, która jest zależna od temperatury, mierzyliśmy prąd w uzwojeniu wtórnym transformatora.

Na podstawie otrzymanych wyników możemy wysnuć następujące wnioski.

Wzrost temperatury badanego ferrytu powoduje zmniejszenie prądu w uzwojenie wtórnym transformatora.

Wynika to z faktu pojawienia się strat w rdzeniu .

Im większa jest temperatura to straty w rdzeniu są większe.

Z otrzymanego przebiegu I=f(t) widzimy , że początkowe zmiany prądu od temperatury są niemal liniowe. Później następuje momentu kiedy następuje gwałtowny spadek prądu przy małych zmianach temperatury.

Na tej prostej możemy poprowadzić linię która z dużym przybliżeniem da nam wartość temperatury Curie badanego ferrytu.

W punkcie tym następuje zatracenie przez materiał właściwości ferromagnetycznych i przejście w stan paramagnetyzmu.

W miarę wzrostu temperatury ruch termiczne uniemożliwiają równoległe układanie się momentów magnetycznych.

Jest to głównym powodem ,że materiał zmienia swoje właściwości w temperaturze

Curie.

---