Sprawozdanie

Politechnika Śląska

Wydział AE i I

Kierunek A i R

ćwiczenie laboratoryjne z fizyki:

Wyznaczanie temperatury Curie dla ferrytów.

Grupa II Sekcja VII

Tomasz Kotyczka

Krzysztof Czubin

Grzegorz Patoła

Gliwice 27-04-1994

1.Część Teoretyczna

Ferromagnetyki są to związki, które nawet pod wpływem słabego pola magnetycznego w silnym stopniu ulegają namagnesowaniu. Podatność magnetyczna tych ciał może być 108-krotnie większa, niż ciał paramagnetycznych. Ferromagnetyki, tym różnią się od dia- i paramagnetyków, że stan namagnesowania jest długo zachowywany nawet po przerwaniu działania zewnętrznego pola magnetycznego. Ciała ferromagnetyczne składają się z atomów mających własne momenty magnetyczne, między którymi w małych obszarach spontanicznego namagnesowania o objętościach rzędu 10-6 cm3 , istnieje oddziaływanie porządkujące kierunki momentów magnetycznych atomów. Są one w tym obszarze mikroskopowym wszystkie ustawione prawie równolegle w określonym kierunku. Takie właśnie mikroskopowe obszary spontanicznego namagnesowania noszą nazwę domen. W stanie naturalnym większość ciał ferromagnetycznych nie wykazuje trwałego magnetyzmu. Wielka liczba domen nie wykazuje uporządkowania w całym ferromagnetyku. Dopiero po umieszczeniu takiej substancji w zewnętrznym polu magnetycznym następuje zmiana kierunku magnetycznych momentów poszczególnych domen, wskutek czego namagnesowanie całego ciała wzrasta. Lecz nie tylko zewnętrzne pole magnetyczne ma wpływ na wielkość namagnesowania spontanicznego, istotny rolę odgrywa tu również temperatura ciała. Uporządkowanie spinowych momentów magnetycznych w obszarach wewnątrzdomenowych maleje ze wzrostem temperatury i znika całkowicie w temperaturze zwanej temperaturą Curie Tc. Po przekroczeniu tej temperatury ferromagnetyk staje się materiałem paramagnetycznym. Wartości temperatury Curie leżą w dość szerokich granicach, np. dla żelaza Tc = 1031K, a dla niklu Tc = 633K.

Zależność podatności magnetycznej k substancji opisuje tzw. prawo Curie:
, gdzie: N-liczba atomów w jednostce objętości, kB-stała Boltzmana, T-temperatura, C-tzw. stała Curie.

Prawo Curie jest słuszne dla niektórych paramagnetyków. W ogólnym przypadku zależność podatności magnetycznej od temperatury opisuje tzw. prawo Curie - Weissa:
, gdzie stała C' jest równoważna stałej Curie C jedynie w szczególnych przypadkach (ferromagnetyzm lub antyferromagnetyzm), parametr D oznacza pewną stałą materiałową. Gdy dla niektórych paramagnetyków D=0, wówczas prawo Curie - Weissa przyjmuje postać prawa Curie.

Przejście fazowe ze stanu ferromagnetyka do stanu paramagnetyka, spowodowane wzrostem temperatury, ma wpływ nie tylko na własności magnetyczne materiałów ale wywiera także silny wpływ na ich własności elektryczne, termoelektryczne, galwanomagnetyczne oraz inne związane ze zjawiskami transportu. Wszystkie wymienione zjawiska wykazują pewne anomalia w temperaturze Curie (punkty odpowiadające tej temperaturze na wykresach temperaturowych zależności różnych wielkości fizycznych naszą nazwę punktów Curie). W wielu przypadkach w punkcie Curie obserwowane są silne maksima lub minima temperaturowego współczynnika odpowiadającego danemu zjawisku (przewodnictwo elektryczne, cieplne itp). Wielkość tych efektów zależy od orientacji przestrzennej wektora namagnesowania w badanym materiale oraz od ilości i koncentracji faz magnetycznych w objętości ferromagnetyka. Teoria ferromagnetyzmu zakłada, że ferromagnetyk składa się z magnetycznych atomów (Fe, Co, Ni) ułożonych obok siebie w węzłach sieci krystalicznej. Bezpośrednie sąsiedztwo tych atomów umożliwia im wzajemne oddziaływanie typu elektrycznego. 108-109[W]

2.1.Schemat Układu

2.2.Przebieg ćwiczenia.

Łączymy obwód według schematu. Kontrolujemy prawidłowość ustawienia mierników, tz. ustawiamy ich położenia na zerowe. Następnie ustalamy napięcie zasilające na ok. 50[V], po czym notujemy wskazania mierników w odstępach jedno minutowych.

[mV]	T [K]
3.46	373
3.87	383
4.29	393
4.70	403
5.12	413
5.53	423
5.94	433
6.36	443
6.77	453
7.19	463
7.60	473
8.01	483
8.43	493

3.Opracowanie wyników pomiarów.

Rysujemy wykres zależności prądu uzwojenia wtórnego transformatora od napięcia na termoparze. Zrzutowany na oś napięcia punkt przecięcia się lini trendu wyznacza napięcie odpowiadające temperaturze Curie. Przy rysowaniu tej zależności uwzględniamy błędy wskazówkowych mierników elektrycznych obliczane ze wzoru:
. Wyniki jakie otrzymano to DA=0,05[µA] (błąd odczytu natężenia prądu elektrycznego) i DV=0.1[mV] (błąd odczytu napięcia).

Odczytana wartość napięcia e, wyniosła e=3,55 ± 0,1[mV], co daje według wykresu cechowania termoogniwa odpowiednio przesuniętego o wartość temperatury pokojowej temperaturę Curie równą: Tc=399,0 ± 2,41[K].

4.Podsumowanie.

Podczas przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego wyznaczyliśmy temperaturę Curie dla badanego ferrytu: Tc=408.0 ± 4.0[K]. Błąd pomiaru jest wynikiem niedokładności pomiaru napięcia i natężenia prądu w badanym układzie. Porównując otrzymaną wartość z wartościami tablicowymi mieliśmy najprawdopodobniej do czynienia z ferrytem o symbolu chemicznym BaTiO3 dla którego temperatura Curie wynosi: Tc:=391[K]. Rozbieżność między otrzymaną wartością, a temperaturą Curie ferrytu BaTiO3 mogą wynikać z niedokładności pomiarów (ich odczytu) bądź też rdzeń nie jest powyższym ferytem.

---