nr ćwiczenia 208 |
data 30.03.2011 |
|
Wydział Technologii Chemicznej |
semestr II |
grupa 1.5 |
Prowadzący: J. Barańska
|
przygotowanie |
wykonanie |
ocena |
||
Wyznaczanie pętli histerezy ferromagnetyków za pomocą halotronu.
1. Wstęp:
W doświadczeniu tym potrzebne nam będą następujące przedmioty: pierścień żelazny z nawiniętym uzwojeniem magnesującym, autotransformator, dwa źródła prądu stałego, amperomierz prądu zmiennego, amperomierz prądu stałego, miliamperomierz, opornice suwakowe, przełącznik kierunku prądu, miliwoltomierz, halotron.
Do jego przeprowadzenia powinniśmy znać poniższe pojęcia oraz prawa:
Ferromagnetyki - są to ciała wykazujące namagnesowanie spontaniczne (np. żelazo); charakteryzuje je duża wartość przenikalności magnetycznej. Stosowane są m.in. w technice radiowej, mikrofalowej, elektroakustyce oraz do wyrobu magnesów.
Indukcja magnetyczna - jest to zjawisko powstania polaryzacji magnetycznej ciała, tj. wypadkowego momentu magnetycznego spowodowanego oddziaływaniem momentów magnetycznych elektronów z zewnętrznym polem magnetycznym o natężeniu H. Indukcja magnetyczna wyrażana jest w Teslach. 1T to indukcja jednorodnego pola magnetycznego, którego strumień magnetyczny przechodzący prostopadle przez 1m2 powierzchni wynosi 1Wb (weber). 1T = 10000 Gs (gaus).
Natężenie pola magnetycznego H - wielkość wektorowa charakteryzująca pole magnetyczne, definiowana poprzez prawo Biota-Savarta. Natężenie pola magnetycznego związane jest z indukcją magnetyczną: H=B/µo-I, gdzie: I - wektor namagnesowania, µo - przenikalność magnetyczna próżni. Natężenie pola magnetycznego wyraża się w układzie Si w A/m (amper na metr), dawniej stosowaną jednostką był ersted (1 Oe = (4π)-1·103 A/m).
Domeny ferromagnetyczne - są to obszary, w których atomowe momenty magnetyczne są ustawione względem siebie równolegle, niezależnie od warunków zewnętrznych. W stanie nienamagnesowania domeny ustawione są całkowicie przypadkowo (przy zachowaniu uporządkowania wewnątrz domen), a magnesowanie polega na ustawianiu się coraz większej ilości domen w kierunku pola zewnętrznego.
Pętla histerezy - nazwę taką nosi pełny przebieg zależności indukcji od natężenia pola magnetycznego.
Przenikalność magnetyczna μ - jest to wielkość fizyczna charakteryzująca zdolność ośrodka materialnego do zmiany wektora indukcji magnetycznej pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.
Temperatura Curie - jest to temperatura krytyczna, poniżej której w ferromagnetykach występuje zjawisko oddziaływania wymiennego; powyżej temperatury Curie sprzężenie wymienne znika i ciało staje się paramagnetykiem.
Zjawisko Halla - zjawisko powstania różnicy potencjałów U pomiędzy przeciwległymi ściankami półprzewodnika lub metalu w kierunku prostopadłym zarówno do kierunku przepływu prądu I, jak i do kierunku wektora indukcji zewnętrznego pola magnetycznego B.
Halotron - urządzenie, za pomocą którego dokonujemy pomiaru indukcji w szczelinie. Działa on w oparciu o zjawisko Halla.
Schemat połączenia:
2. Pomiary i obliczenia:
= 140 [V/AT]
IH = 10 [mA] = 0,01 [A]
n = 600 [zw/m]
ΔIB = ±0,01 [A]
ΔUH = ±0,001 [V]
Wzory, z których korzystałyśmy do wyznaczenia indukcji magnetycznej oraz natężenia pola magnetycznego:
Użyte wzory |
Obliczenia błędu |
Wyniki |
H = n ⋅ IB |
H = | |
H = 6 [A/m] |
B =
|
B = | |
B = 0,0007 [T] |
Przykłady obliczeń:
1) B = 0,208 / 0,01 * 140 = 0,148571429 T
2) B = 0,189 / 0,01 * 140 = 0,135 T
3) B = -0,014 / 0,01 * 140 = -0,01 T
Ib [A] |
Uh [V] |
H [A/m] |
B [T] |
3,00 |
0,208 |
1800 |
0,1486 |
2,98 |
0,207 |
1788 |
0,1479 |
2,93 |
0,206 |
1758 |
0,1471 |
2,90 |
0,205 |
1740 |
0,1464 |
2,85 |
0,203 |
1710 |
0,1450 |
2,82 |
0,203 |
1692 |
0,1450 |
2,77 |
0,202 |
1662 |
0,1443 |
2,73 |
0,202 |
1638 |
0,1443 |
2,70 |
0,202 |
1620 |
0,1443 |
2,67 |
0,201 |
1602 |
0,1436 |
2,62 |
0,200 |
1572 |
0,1429 |
2,59 |
0,199 |
1554 |
0,1421 |
2,56 |
0,198 |
1536 |
0,1414 |
2,52 |
0,196 |
1512 |
0,1400 |
2,48 |
0,196 |
1488 |
0,1400 |
2,43 |
0,194 |
1458 |
0,1386 |
2,39 |
0,193 |
1434 |
0,1379 |
2,34 |
0,193 |
1404 |
0,1379 |
2,31 |
0,192 |
1386 |
0,1371 |
2,25 |
0,191 |
1350 |
0,1364 |
2,21 |
0,190 |
1326 |
0,1357 |
2,18 |
0,189 |
1308 |
0,1350 |
2,15 |
0,188 |
1290 |
0,1343 |
2,10 |
0,186 |
1260 |
0,1329 |
2,07 |
0,185 |
1242 |
0,1321 |
2,03 |
0,185 |
1218 |
0,1321 |
2,00 |
0,184 |
1200 |
0,1314 |
1,94 |
0,182 |
1164 |
0,1300 |
1,89 |
0,181 |
1134 |
0,1293 |
1,85 |
0,180 |
1110 |
0,1286 |
1,82 |
0,179 |
1092 |
0,1279 |
1,77 |
0,177 |
1062 |
0,1264 |
1,71 |
0,176 |
1026 |
0,1257 |
1,67 |
0,175 |
1002 |
0,1250 |
1,58 |
0,172 |
948 |
0,1229 |
1,53 |
0,170 |
918 |
0,1214 |
1,46 |
0,169 |
876 |
0,1207 |
1,43 |
0,168 |
858 |
0,1200 |
1,37 |
0,165 |
822 |
0,1179 |
1,34 |
0,164 |
804 |
0,1171 |
1,31 |
0,163 |
786 |
0,1164 |
1,26 |
0,161 |
756 |
0,1150 |
1,22 |
0,159 |
732 |
0,1136 |
1,18 |
0,158 |
708 |
0,1129 |
1,13 |
0,156 |
678 |
0,1114 |
1,11 |
0,155 |
666 |
0,1107 |
1,06 |
0,154 |
636 |
0,1100 |
1,03 |
0,152 |
618 |
0,1086 |
0,99 |
0,150 |
594 |
0,1071 |
0,96 |
0,150 |
576 |
0,1071 |
0,89 |
0,146 |
534 |
0,1043 |
0,86 |
0,144 |
516 |
0,1029 |
0,82 |
0,143 |
492 |
0,1021 |
0,79 |
0,142 |
474 |
0,1014 |
0,76 |
0,140 |
456 |
0,1000 |
0,70 |
0,137 |
420 |
0,0979 |
0,67 |
0,135 |
402 |
0,0964 |
0,64 |
0,135 |
384 |
0,0964 |
0,60 |
0,133 |
360 |
0,0950 |
0,54 |
0,130 |
324 |
0,0929 |
0,50 |
0,127 |
300 |
0,0907 |
0,46 |
0,125 |
276 |
0,0893 |
0,42 |
0,123 |
252 |
0,0879 |
0,37 |
0,120 |
222 |
0,0857 |
0,34 |
0,119 |
204 |
0,0850 |
0,30 |
0,116 |
180 |
0,0829 |
0,27 |
0,114 |
162 |
0,0814 |
0,22 |
0,110 |
132 |
0,0786 |
0,18 |
0,108 |
108 |
0,0771 |
0,15 |
0,106 |
90 |
0,0757 |
0,11 |
0,104 |
66 |
0,0743 |
0,08 |
0,102 |
48 |
0,0729 |
0,04 |
0,099 |
24 |
0,0707 |
0,00 |
0,096 |
0 |
0,0686 |
-0,04 |
0,094 |
-24 |
0,0671 |
-0,09 |
0,089 |
-54 |
0,0636 |
-0,14 |
0,086 |
-84 |
0,0614 |
-0,17 |
0,082 |
-102 |
0,0586 |
-0,20 |
0,079 |
-120 |
0,0564 |
-0,22 |
0,076 |
-132 |
0,0543 |
-0,28 |
0,070 |
-168 |
0,0500 |
-0,33 |
0,065 |
-198 |
0,0464 |
-0,36 |
0,062 |
-216 |
0,0443 |
-0,39 |
0,058 |
-234 |
0,0414 |
-0,43 |
0,053 |
-258 |
0,0379 |
-0,49 |
0,047 |
-294 |
0,0336 |
-0,51 |
0,045 |
-306 |
0,0321 |
-0,56 |
0,039 |
-336 |
0,0279 |
-0,62 |
0,031 |
-372 |
0,0221 |
-0,65 |
0,029 |
-390 |
0,0207 |
-0,75 |
0,018 |
-450 |
0,0129 |
-0,78 |
0,016 |
-468 |
0,0114 |
-0,83 |
0,010 |
-498 |
0,0071 |
-0,85 |
0,009 |
-510 |
0,0064 |
-0,90 |
0,005 |
-540 |
0,0036 |
-0,93 |
0,002 |
-558 |
0,0014 |
-0,98 |
-0,001 |
-588 |
-0,0007 |
-1,02 |
-0,006 |
-612 |
-0,0043 |
-1,06 |
-0,012 |
-636 |
-0,0086 |
-1,09 |
-0,014 |
-654 |
-0,0100 |
-1,13 |
-0,016 |
-678 |
-0,0114 |
-1,20 |
-0,023 |
-720 |
-0,0164 |
-1,23 |
-0,026 |
-738 |
-0,0186 |
-1,26 |
-0,029 |
-756 |
-0,0207 |
-1,30 |
-0,034 |
-780 |
-0,0243 |
-1,34 |
-0,037 |
-804 |
-0,0264 |
-1,40 |
-0,044 |
-840 |
-0,0314 |
-1,45 |
-0,048 |
-870 |
-0,0343 |
-1,58 |
-0,063 |
-948 |
-0,0450 |
-1,63 |
-0,068 |
-978 |
-0,0486 |
-1,66 |
-0,071 |
-996 |
-0,0507 |
-1,72 |
-0,077 |
-1032 |
-0,0550 |
-1,75 |
-0,081 |
-1050 |
-0,0579 |
-1,81 |
-0,087 |
-1086 |
-0,0621 |
-1,87 |
-0,093 |
-1122 |
-0,0664 |
-1,91 |
-0,097 |
-1146 |
-0,0693 |
-1,97 |
-0,103 |
-1182 |
-0,0736 |
-2,00 |
-0,106 |
-1200 |
-0,0757 |
-2,04 |
-0,110 |
-1224 |
-0,0786 |
-2,10 |
-0,115 |
-1260 |
-0,0821 |
-2,15 |
-0,120 |
-1290 |
-0,0857 |
-2,19 |
-0,124 |
-1314 |
-0,0886 |
-2,22 |
-0,126 |
-1332 |
-0,0900 |
-2,25 |
-0,129 |
-1350 |
-0,0921 |
-2,29 |
-0,133 |
-1374 |
-0,0950 |
-2,33 |
-0,136 |
-1398 |
-0,0971 |
-2,36 |
-0,139 |
-1416 |
-0,0993 |
-2,41 |
-0,143 |
-1446 |
-0,1021 |
-2,48 |
-0,150 |
-1488 |
-0,1071 |
-2,52 |
-0,152 |
-1512 |
-0,1086 |
-2,58 |
-0,157 |
-1548 |
-0,1121 |
-2,61 |
-0,159 |
-1566 |
-0,1136 |
-2,70 |
-0,167 |
-1620 |
-0,1193 |
-2,78 |
-0,172 |
-1668 |
-0,1229 |
-2,80 |
-0,173 |
-1680 |
-0,1236 |
-2,86 |
-0,178 |
-1716 |
-0,1271 |
-2,89 |
-0,182 |
-1734 |
-0,1300 |
-2,95 |
-0,185 |
-1770 |
-0,1321 |
-3,00 |
-0,188 |
-1800 |
-0,1343 |
-2,93 |
-0,185 |
-1758 |
-0,1321 |
-2,90 |
-0,185 |
-1740 |
-0,1321 |
-2,85 |
-0,184 |
-1710 |
-0,1314 |
-2,81 |
-0,183 |
-1686 |
-0,1307 |
-2,74 |
-0,182 |
-1644 |
-0,1300 |
-2,71 |
-0,180 |
-1626 |
-0,1286 |
-2,68 |
-0,179 |
-1608 |
-0,1279 |
-2,64 |
-0,179 |
-1584 |
-0,1279 |
-2,56 |
-0,177 |
-1536 |
-0,1264 |
-2,52 |
-0,176 |
-1512 |
-0,1257 |
-2,47 |
-0,175 |
-1482 |
-0,1250 |
-2,41 |
-0,174 |
-1446 |
-0,1243 |
-2,38 |
-0,173 |
-1428 |
-0,1236 |
-2,33 |
-0,172 |
-1398 |
-0,1229 |
-2,30 |
-0,170 |
-1380 |
-0,1214 |
-2,27 |
-0,169 |
-1362 |
-0,1207 |
-2,25 |
-0,169 |
-1350 |
-0,1207 |
-2,22 |
-0,169 |
-1332 |
-0,1207 |
-2,18 |
-0,168 |
-1308 |
-0,1200 |
-2,14 |
-0,165 |
-1284 |
-0,1179 |
-2,10 |
-0,164 |
-1260 |
-0,1171 |
-2,08 |
-0,164 |
-1248 |
-0,1171 |
-2,06 |
-0,164 |
-1236 |
-0,1171 |
-2,01 |
-0,163 |
-1206 |
-0,1164 |
-1,98 |
-0,162 |
-1188 |
-0,1157 |
-1,93 |
-0,161 |
-1158 |
-0,1150 |
-1,88 |
-0,160 |
-1128 |
-0,1143 |
-1,80 |
-0,158 |
-1080 |
-0,1129 |
-1,77 |
-0,157 |
-1062 |
-0,1121 |
-1,72 |
-0,155 |
-1032 |
-0,1107 |
-1,67 |
-0,154 |
-1002 |
-0,1100 |
-1,64 |
-0,153 |
-984 |
-0,1093 |
-1,61 |
-0,152 |
-966 |
-0,1086 |
-1,55 |
-0,150 |
-930 |
-0,1071 |
-1,50 |
-0,148 |
-900 |
-0,1057 |
-1,46 |
-0,147 |
-876 |
-0,1050 |
-1,42 |
-0,145 |
-852 |
-0,1036 |
-1,37 |
-0,144 |
-822 |
-0,1029 |
-1,33 |
-0,142 |
-798 |
-0,1014 |
-1,29 |
-0,141 |
-774 |
-0,1007 |
-1,23 |
-0,138 |
-738 |
-0,0986 |
-1,16 |
-0,135 |
-696 |
-0,0964 |
-1,13 |
-0,135 |
-678 |
-0,0964 |
-1,10 |
-0,133 |
-660 |
-0,0950 |
-1,05 |
-0,131 |
-630 |
-0,0936 |
-1,01 |
-0,129 |
-606 |
-0,0921 |
-0,97 |
-0,128 |
-582 |
-0,0914 |
-0,92 |
-0,125 |
-552 |
-0,0893 |
-0,87 |
-0,123 |
-522 |
-0,0879 |
-0,84 |
-0,121 |
-504 |
-0,0864 |
-0,77 |
-0,118 |
-462 |
-0,0843 |
-0,72 |
-0,116 |
-432 |
-0,0829 |
-0,69 |
-0,114 |
-414 |
-0,0814 |
-0,64 |
-0,112 |
-384 |
-0,0800 |
-0,59 |
-0,108 |
-354 |
-0,0771 |
-0,57 |
-0,108 |
-342 |
-0,0771 |
-0,54 |
-0,106 |
-324 |
-0,0757 |
-0,47 |
-0,102 |
-282 |
-0,0729 |
-0,43 |
-0,099 |
-258 |
-0,0707 |
-0,39 |
-0,097 |
-234 |
-0,0693 |
-0,35 |
-0,095 |
-210 |
-0,0679 |
-0,29 |
-0,091 |
-174 |
-0,0650 |
-0,25 |
-0,088 |
-150 |
-0,0629 |
-0,20 |
-0,084 |
-120 |
-0,0600 |
-0,17 |
-0,082 |
-102 |
-0,0586 |
-0,12 |
-0,078 |
-72 |
-0,0557 |
-0,07 |
-0,074 |
-42 |
-0,0529 |
-0,02 |
-0,070 |
-12 |
-0,0500 |
0,00 |
-0,068 |
0 |
-0,0486 |
0,04 |
-0,064 |
24 |
-0,0457 |
0,10 |
-0,059 |
60 |
-0,0421 |
0,14 |
-0,056 |
84 |
-0,0400 |
0,17 |
-0,053 |
102 |
-0,0379 |
0,20 |
-0,050 |
120 |
-0,0357 |
0,23 |
-0,047 |
138 |
-0,0336 |
0,27 |
-0,043 |
162 |
-0,0307 |
0,31 |
-0,039 |
186 |
-0,0279 |
0,36 |
-0,033 |
216 |
-0,0236 |
0,39 |
-0,031 |
234 |
-0,0221 |
0,43 |
-0,026 |
258 |
-0,0186 |
0,46 |
-0,022 |
276 |
-0,0157 |
0,49 |
-0,019 |
294 |
-0,0136 |
0,55 |
-0,013 |
330 |
-0,0093 |
0,61 |
-0,006 |
366 |
-0,0043 |
0,67 |
0,000 |
402 |
0,0000 |
0,70 |
0,001 |
420 |
0,0007 |
0,74 |
0,005 |
444 |
0,0036 |
0,80 |
0,011 |
480 |
0,0079 |
0,83 |
0,013 |
498 |
0,0093 |
0,86 |
0,016 |
516 |
0,0114 |
0,92 |
0,021 |
552 |
0,0150 |
0,97 |
0,026 |
582 |
0,0186 |
1,00 |
0,028 |
600 |
0,0200 |
1,03 |
0,031 |
618 |
0,0221 |
1,06 |
0,034 |
636 |
0,0243 |
1,09 |
0,038 |
654 |
0,0271 |
1,12 |
0,040 |
672 |
0,0286 |
1,17 |
0,046 |
702 |
0,0329 |
1,22 |
0,049 |
732 |
0,0350 |
1,25 |
0,053 |
750 |
0,0379 |
1,28 |
0,056 |
768 |
0,0400 |
1,32 |
0,060 |
792 |
0,0429 |
1,36 |
0,065 |
816 |
0,0464 |
1,41 |
0,069 |
846 |
0,0493 |
1,50 |
0,079 |
900 |
0,0564 |
1,55 |
0,084 |
930 |
0,0600 |
1,60 |
0,089 |
960 |
0,0636 |
1,63 |
0,093 |
978 |
0,0664 |
1,70 |
0,099 |
1020 |
0,0707 |
1,75 |
0,104 |
1050 |
0,0743 |
1,80 |
0,109 |
1080 |
0,0779 |
1,83 |
0,112 |
1098 |
0,0800 |
1,87 |
0,116 |
1122 |
0,0829 |
1,90 |
0,118 |
1140 |
0,0843 |
1,93 |
0,121 |
1158 |
0,0864 |
1,98 |
0,125 |
1188 |
0,0893 |
2,02 |
0,130 |
1212 |
0,0929 |
2,06 |
0,133 |
1236 |
0,0950 |
2,10 |
0,137 |
1260 |
0,0979 |
2,14 |
0,140 |
1284 |
0,1000 |
2,20 |
0,144 |
1320 |
0,1029 |
2,23 |
0,147 |
1338 |
0,1050 |
2,28 |
0,151 |
1368 |
0,1079 |
2,32 |
0,154 |
1392 |
0,1100 |
2,36 |
0,157 |
1416 |
0,1121 |
2,39 |
0,161 |
1434 |
0,1150 |
2,45 |
0,165 |
1470 |
0,1179 |
2,48 |
0,167 |
1488 |
0,1193 |
2,52 |
0,169 |
1512 |
0,1207 |
2,56 |
0,172 |
1536 |
0,1229 |
2,64 |
0,178 |
1584 |
0,1271 |
2,68 |
0,181 |
1608 |
0,1293 |
2,72 |
0,184 |
1632 |
0,1314 |
2,76 |
0,187 |
1656 |
0,1336 |
2,82 |
0,190 |
1692 |
0,1357 |
2,88 |
0,194 |
1728 |
0,1386 |
2,93 |
0,198 |
1758 |
0,1414 |
2,96 |
0,200 |
1776 |
0,1429 |
3,00 |
0,203 |
1800 |
0,1450 |
Wnioski:
Wykreślanie pętli histerezy rozpocząłem od punktu BR (indukcja pozostałości magnetycznej - indukcja remanencji) w którym przy natężeniu pola magnetycznego H = 0 A/m indukcja magnetyczna miała pewną wartość. Jest to spowodowany tym, że rdzeń nie został przed rozpoczęciem ćwiczenia rozmagnesowany, tak więc posiadał pewne namagnesowanie szczątkowe. Błędy pomiarów są stosunkowo małe, program Microsoft Excel nie posiada funkcji przyporządkowania słupków błędów dla kilku punktów. Może zrobić to jedynie dla wszystkich punktów, co sprawi, że wykres będzie nieczytelny. Dlatego też zrezygnowałyśmy z nich.
Na podstawie wykresu można stwierdzić, że badany ferromagnetyk należy do grupy ferromagnetyków miękkich o wąskiej pętli histerezy.
Wyszukiwarka