1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA.

Ferrytem nazywamy związek chemiczny tlenku żelazowego Fe2O3 z tlenkami innych metali, wykazujący właściwości ferromagnetyczne i półprzewodnikowe. Ferryty wytwarza się podobnie jak ceramikę - mieszaninę odpowiednich tlenków w postaci proszku prasuje się na zimno i spieka. Materiały ferrytowe charakteryzują się dużą wartością przenikalności magnetycznej, dużą rezystywnością rzędu 10⁸ - 10⁹ [Ωm], przy małej wartości konduktywności. Najczęściej są stosowane dwa rodzaje ferrytów: manganowo-cynkowe i niklowo-cynkowe. Ferryty niklowo-cynkowe odznaczają się mniejszą przenikalnością niż manganowe-cynkowe, lecz mogą pracować w zakresie częstotliwości do setek MHz. W zakresie częstotliwości mniejszej (do kilku MHz) lepsze są ferryty manganowo-cynkowe, charakteryzującą się także większą stabilnością termiczną. Stosuje się je m.in. jako rdzenie cewek i transformatorów, oraz w obwodach magnetycznych wielkiej częstotliwości.

Ferromagnetyzm jest to własność magnetyczna ciał krystalicznych, w których dzięki istnieniu zlokalizowanych spinów atomowych występuje uporządkowanie magnetyczne w temperaturach niższych od temperatury Curie Tc. Uporządkowanie polega na równoległym ustawieniu momentów spinowych w makroskopowych obszarach kryształu, zwanych domenami. Pod wpływem pola magnetycznego następuje taki ruch ścianek domen aby możliwie największą objętość kryształu miała momenty magnetyczne domen skierowane równolegle do kierunku pola magnetycznego. W temperaturze powyżej temperatury Curie uporządkowanie ferromagnetyczne zanika i ciało ferromagnetyczne staje się paramagnetykiem.

Ferromagnetyki - materiały w których pole magnetyczne prądów elementarnych współdziała z polem magnetycznym przyłożonym z zewnątrz, czyli tak jak w materiałach paramagnetycznych, z tą różnicą że wypadkowa indukcja magnetyczna B jest dużo większa niż w próżni, tzn. B >> µ₀H, a więc µ_r >> 1.

Materiały wykazują duży stopień magnetyzacji, przenikalność magnetyczna względna jest setki i tysiące razy większa od jedności. Do materiałów tych należą żelazo, kobalt, nikiel i ich stopy. Istotną cechą materiałów ferromagnetycznych jest to, że ich przenikalność magnetyczna jest stała i zależy od natężenia pola magnetycznego.

Materiały ferromagnetyczne tracą swoje własności po nagrzaniu do temperatury, w której ruchy termiczne uniemożliwiają równoległe układanie się momentów magnetycznych. Temperatura ta jest zwana temperaturą przemiany lub temperaturą Curie i dla stali wynosi ok. 1040K. Podgrzanie materiału ferromagnetycznego do temperatury przemiany powoduje utratę przez materiał indukcji remanencji, a więc powoduje odmagnesowanie materiału.

Oprócz ferromagnetyków rozróżniamy jeszcze inne magnetyki, takie jak:

Diamagnetyki - w materiałach tych pole magnetyczne prądów elementarnych przeciwdziała polu magnetycznemu przyłożonemu z zewnątrz. W materiałach diamagnetycznych wypadkowa indukcja magnetyczna B jest mniejsza niż w próżni, tzn. B < μ₀H, a więc dochodzimy do wniosku, że przenikalność magnetyczna względna materiałów diamagnetycznych jest mniejsza od jedności. Do materiałów diamagnetycznych należą m.in. woda, kwarc, bizmut, miedź. Zjawiska diamagnetyczne uwydatniają się w niewielkim stopniu. Na przykład przenikalność magnetyczna względna bizmutu µ_r = 0,9998, a miedzi µ_r = 0,999991.

Paramagnetyki - w materiałach tych pole magnetyczna prądów elementarnych współdziała z polem magnetycznym przyłożonym z zewnątrz i wobec tego wypadkowa indukcja magnetyczna B jest większa niż w próżni, tzn. B > µ₀H a więc dochodzimy do wniosku, że przenikalność magnetyczna względna materiałów parametrycznych jest większa od jedności. Do materiałów parametrycznych należą m.in. platyna (µ_r = 1,00027), aluminium (µ_r = 1,000020), powietrze i inne.

2. OPIS STANOWISKA.

Układ pomiarowy, przedstawoiny na powyższym rysunku składał się z autotransformatora, oraz transformatora nawiniętego na rdzeniu ferrytowym. Temperaturę rdzenia mierzono przy pomocy termopary umieszczonej w rdzeniu. Ćwiczenie polegało na pomiarze natężenia prądu płynącego w uzwojeniu transformatora i temperatury jego rdzenia, do momentu w którym, na skutek zmian w ferrycie spowodowanych przekroczeniem temperatury Curie (ferromagnetyk przechodzi w diamagnetyk), a wyindukowany prąd osiągnie wartość równą 1/5 wartości początkowej.

W poniższej tabeli zamieszczono wykorzystane w ćwiczeniu merniki.

Miernik	Klasa [%]	zakres	dokładność odczytu
Mikroamperomierz [µA]	1	10 [μA]	1 [dz]
Miliwoltomierz [mV]	1	10 [mV]	1 [dz]
Woltomierz [V]	0,5	75 [V]	1 [dz]

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA.

1. Łączymy obwód wg schematu pokazanego na rys.1.

Rys.1. Schemat obwodu do wyznaczania temperatury Curie ferytów.

2. Kontrolujemy poprawność ustawienia mierników. Plamki świetlne sprowadzamy do połozenia zerowego.

3. Ustalamy napięcie zasilające ok. 50 [V].

4. Notujemy wskazania mierników w odstępach czasowych 1 min (pomiary kończymy wtedy, gdy natężenie prądu w uzwojeniu wtórnym transformatora spadnie do wartości 1/5 wartości początkowej).

W tabeli 1 przdstawiono wyniki pomiarów.

Tabela pomiarowa 1.

Lp.	t [min]	i [A]	e [mV]	Lp.	t [min]	i [A]	e [mV]
1	0	8,20	0,1	15	11,60	6,15	3,30
2	1	8,30	0,40	16	11,65	5,3	3,40
3	2	8,40	0,70	17	11,78	4,6	3,55
4	3	8,50	1,00	18	11,83	4,1	3,65
5	4	8,50	1,30	19	11,90	3,6	3,80
6	5	8,50	1,55	20	12,00	3,2	3,85
7	6	8,50	1,80	21	12,05	2,9	3,95
8	7	8,45	2,05	22	12,10	2,6	4,05
9	8	8,4	2,30	23	12,13	2,35	4,10
10	9	8,4	2,50	24	12,23	2,1	4,20
11	10	8,4	2,65	25	12,36	1,9	4,25
12	11	8,2	2,85	26	12,50	1,7	4,30
13	11,28	7,75	3,00	27	12,56	1,6	4,35
14	11,41	7,0	3,15

5. Rysujemy wykres cechowania termoogniwa na podstawie pniższej tabeli.

Tabela 2.

e [mV]	T [K]	e [mV]	T [K]
3,46	373	6,36	443
3,87	383	6,77	453
4,29	393	7,19	463
4,70	403	7,60	473
5,12	413	8,01	483
5,53	423	8,43	493
5,94	433

6. Rysujemy wykres zależności natężenia prądu od temperatury rdzenia ferytowego i = f(T).

Na podstawie wyników pomiarów napięcia (tab.1.), ściągamy temperaturę z wykresu 1.

Na podstawie wyników pomiaru prądu (tab.1.) oraz odczytanych wartości temperatury sporządzamy tab.3. i rysujemy wykres i=f(T).

Tabela 3.

Lp.	i [μV]	T [K]	Lp.	i [μV]	T [K]
1	8,20	290	15	6,15	370
2	8,30	300	16	5,3	373
3	8,40	306	17	4,6	375
4	8,50	314	18	4,1	374
5	8,50	321	19	3,6	382
6	8,50	327	20	3,2	384
7	8,50	332	21	2,9	386
8	8,45	338	22	2,6	388
9	8,4	344	23	2,35	390
10	8,4	350	24	2,1	391
11	8,4	354	25	1,9	393
12	8,2	359	26	1,7	394
13	7,75	362	27	1,6	396
14	7,0	365

7. Określamy temperaturę Curie i oceniamy błędy pomiarowe.

Błąd bezwzględny pomiaru wynosi:

- dla prądu

- dla napięcia

Temperatura Curie odczytana z wykresu wynosi:

T = (378±) K

4.WNIOSKI.

Prąd w uzwojeniu wtórnym transformatora nawiniętego na rurze ze szkła kwarcowego z rdzeniem ferytowym zmieniał się podczas trwania pomiarów, co było związane ze zmianą własności przewodzących rdzenia. Własności te zależą bardzo silnie od temperatury w jakiej znajduje się feryt. W naszym przypadku temperatura z czasem wzrastała na skutek wydzielania energii cieplnej towarzyszącej przepływowi prądu wg prawa Jouel'a-Lenza ΔW = ΔU⋅ΔI⋅Δt. Po pewnym czasie zauważyliśmy gwałtowny spadek prądu w uzwojeniu wtórnym transformatora, jednak temperatura odczytana w tym momencie nie była temp. Curie chociaż wszystko by na to wskazywało, gdzyż cewka, rdzeń oraz szkło mają pewną bezwładność cieplną. Dlatego też temp. Curie przyjmujemy jako wskazanie miliwoltomierza odpowiadające połowie prądu max w uzwojeniu wtórnym.

Wskazanie miliwoltomierza mierzonego napięciem na czujniku termopary jest proporcjonalne do temp. Dokładną temp. odczytujemy z charakterystyki termoogniwa. Charakterystyka zawiera pewien błąd, który my pomijamy, uwzględniając natomiast błąd pomiaru nap. na termoogniwie.

---