magnetyzm-nasze sprawko;), Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna


Badanie właściwości magnetycznych ciał stałych

Wydział

Dzień/godz.

Poniedziałek 8:15 - 11:00

Nr zespołu:

Inżynierii Lądowej

Data

8.12.2008

1

Imię i Nazwisko

Ocena z przygotowania:

Ocena ze sprawozdania:

Ocena:

  1. Ewelina Maliszewska

  2. Joanna Osieł

  3. Artur Kopeć

Prowadzący:

Podpis

Prowadzącego

  1. Cel ćwiczenia

Ćwiczenie ma na celu określenie magnetycznych właściwości ferromagnetyka w zależności od temperatury i wyznaczenie temperatury Curie.

  1. Wstęp teoretyczny

Ferromagnetyk jest to substancja o silnych własnościach magnetycznych. Każdy atom ferromagnetyka wytwarza własne pole magnetyczne. Atomy te mają ponadto tendencję do ustawiania się w ten sposób, aby ich pole magnetyczne miało ten sam kierunek, co pole magnetyczne atomów sąsiednich. W efekcie tworzą się makroskopowe przestrzenie (o wymiarach liniowych rzędu 10-5 - 10-4 m), w których pole magnetyczne ma stały kierunek. Obszary te nazywa się domenami magnetycznymi. Jako że pole magnetyczne każdej z domen może być ustawione w zupełnie dowolnym kierunku ferromagnetyk może nie wytwarzać zewnętrznego pola magnetycznego. Gdy umieścimy ferromagnetyk w zewnętrznym polu magnetycznym domeny zaczynają ustawiać się zgodnie z kierunkiem zewnętrznego pola magnetycznego. Ferromagnetykami są na przykład: kobalt, żelazo, kobalt, nikiel. Namagnesowany ferromagnetyk wytwarza własne pole magnetyczne. Jego namagnesowanie nazywamy namagnesowaniem trwałym. Ferromagnetyk można rozmagnesować umieszczając go w zewnętrznym polu magnetycznym skierowanym przeciwnie do kierunku pola ferromagnetyka o odpowiedniej wartości (koercja) lub podwyższając temperaturę.

0x08 graphic
0x08 graphic
Ze wzrostem temperatury zwiększa się ruch atomów. Gdy temperatura osiąga pewną wartość zwaną temperaturą Curie, wówczas siły utrzymujące uporządkowanie atomów w domenach są zbyt małe, aby domeny mogły dalej istnieć. Następuje rozpad domen magnetycznych a pola magnetyczne poszczególnych atomów są skierowane chaotycznie w różnych kierunkach. Ferromagnetyki tracą swoje właściwości i zachowują się jak zwykłe paramagnetyki.

Właściwości magnetyczne substancji wynikają z ich budowy wewnętrznej. Elektrony krążące wokół jąder atomowych mają orbitalny i spinowy moment magnetyczny. Zjawisko namagnesowania substancji charakteryzuje wektor namagnesowania 0x01 graphic
, który jest stosunkiem momentu magnetycznego występującego w małej objętości substancji do wielkości tej objętości.

Wektor namagnesowania określa wzór:

0x08 graphic
0x01 graphic

Wykonanie pomiaru napięcia U pozwala na pośredni pomiar namagnesowania M.

Wartość namagnesowania próbki M jest proporcjonalna do mierzonego napięcia.

Zależność między napięciem w cewce wtórnej, a namagnesowaniem wyraża wzór:

0x08 graphic
0x01 graphic

Widzimy więc, że skoro

0x01 graphic

0x01 graphic

to

Us ~ ωSZμ0(Hs+Ms)

Do cewki pierwotnej przykładane jest zmienne napięcie. Wytwarzane przez cewkę pierwotną zmienne pole magnetyczne magnesuje próbkę ferromagnetyka. W cewce wtórnej indukuje się napięcie. Pomiar napięcia pozwala na pośredni pomiar magnetyzacji. Wraz ze wzrostem temperatury maleje wielkość magnetyzacji spontanicznej w domenach, maleje więc również wartość magnetyzacji próbki i mierzone napięcie. W okolicach temperatury Curie, gdzie znika uporządkowanie ferromagnetyczne, spadek napięcia jest szczególnie gwałtowny.

Podatność magnetyczną paramagnetyków w zależności od temperatury określa prawo Curie-Weissa:

0x08 graphic

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic

Wykreślając wykres 0x01 graphic
w funkcji temperatury T możemy określić stałą C jako tangens nachylenia prostej oraz temperaturę Curie jako miejsce zerowe (przecięcie prostej z osią temperatury).

0x08 graphic
0x01 graphic

Jako że M~U temperaturę Curie w analogiczny sposób można wyznaczyć wykreślając wykres zależności 0x01 graphic
od T.

  1. Wyniki pomiaru

T[C] ± dT[C]

U[mV] ± dU[mV]

1/U[1/mV]

d(1/U) [1/mV]

24 ± 5

660 ± 15

0,00152

0,00002

30 ± 5

664 ± 15

0,00151

0,00002

35 ± 5

664 ± 15

0,00151

0,00002

40 ± 5

667 ± 15

0,00150

0,00002

45 ± 5

668 ± 15

0,00150

0,00002

50 ± 5

667 ± 15

0,00150

0,00002

55 ± 5

666 ± 15

0,00150

0,00002

60 ± 5

667 ± 15

0,00150

0,00002

65 ± 5

666 ± 15

0,00150

0,00002

70 ± 5

666 ± 15

0,00150

0,00002

75 ± 5

667 ± 15

0,00150

0,00002

80 ± 5

667 ± 15

0,00150

0,00002

85 ± 5

667 ± 15

0,00150

0,00002

90 ± 5

667 ± 15

0,00150

0,00002

95 ± 5

667 ± 15

0,00150

0,00002

100 ± 5

667 ± 15

0,00150

0,00002

105 ± 6

668 ± 15

0,00150

0,00002

110 ± 6

667 ± 15

0,00150

0,00002

115 ± 6

666 ± 15

0,00150

0,00002

120 ± 6

666 ± 15

0,00150

0,00002

125 ± 6

664 ± 15

0,00151

0,00002

130 ± 6

666 ± 15

0,00150

0,00002

135 ± 6

663 ± 15

0,00151

0,00002

140 ± 6

663 ± 15

0,00151

0,00002

145 ± 6

661 ± 15

0,00151

0,00002

150 ± 6

658 ± 15

0,00152

0,00002

155 ± 6

656 ± 15

0,00152

0,00002

160 ± 6

651 ± 15

0,00154

0,00002

165 ± 6

639 ± 14

0,00156

0,00002

170 ± 6

629 ± 14

0,00159

0,00002

175 ± 6

613 ± 14

0,00163

0,00002

180 ± 6

570 ± 14

0,00175

0,00003

185 ± 6

500 ± 13

0,00200

0,00003

188 ± 6

460 ± 12

0,00217

0,00003

190 ± 6

400 ± 11

0,00250

0,00004

191 ± 6

350 ± 10

0,00286

0,00004

192 ± 6

320 ± 10

0,00313

0,00005

193 ± 6

240 ± 9

0,00417

0,00006

195 ± 6

200 ± 8

0,00500

0,00008

196 ± 6

180 ± 8

0,00556

0,00008

197 ± 6

156 ± 7

0,00641

0,00010

198 ± 6

130 ± 7

0,00769

0,00012

199 ± 6

110 ± 7

0,00909

0,00014

200 ± 6

85 ± 6

0,01176

0,00018

201 ± 6

77 ± 6

0,01299

0,00020

202 ± 6

73 ± 6

0,01370

0,00021

203 ± 6

67 ± 6

0,01493

0,00022

204 ± 6

56 ± 6

0,01786

0,00027

205 ± 6

50 ± 6

0,02000

0,00030

207 ± 6

47 ± 6

0,02128

0,00032

208 ± 6

44 ± 6

0,02273

0,00034

209 ± 6

42 ± 6

0,02381

0,00036

210 ± 6

40 ± 6

0,02500

0,00038

211 ± 6

39 ± 6

0,02564

0,00039

212 ± 6

38 ± 6

0,02632

0,00040

213 ± 6

37 ± 6

0,02703

0,00041

214 ± 6

37 ± 6

0,02703

0,00041

215 ± 6

36 ± 6

0,02778

0,00042

216 ± 6

36 ± 6

0,02778

0,00042

217 ± 6

35 ± 6

0,02857

0,00043

218 ± 6

35 ± 6

0,02857

0,00043

219 ± 6

35 ± 6

0,02857

0,00043

220 ± 6

35 ± 6

0,02857

0,00043

IV. Opracowanie wyników

Na podstawie danych zamieszczonych w tabeli sporządzono wykres zależności napięcia U od temperatury T.

0x01 graphic

Na wykresie zauważamy gwałtowny spadek napięcia próbki. Dla dokładniejszego wyznaczenia szukanej temperatury należy znaleźć punkt przegięcia danej funkcji.

Graficzne oszacowanie temperatury Curie:

Θ = 203 ± 6 [OC]

Sporządzono również wykres zależności 0x01 graphic
od T dla temperatur powyżej temperatury Curie.

0x01 graphic

V .Wnioski

Temperatura Curie wyznaczona z zależności napięcia U od temperatury T wynosiła Θ = 203 ± 6 [OC].

0x01 graphic

Temperatura Curie

gdzie:

0x01 graphic
- moment magnetyczny

0x01 graphic
- moment magnetyczny i-tego elektronu lub molekuły

n - liczba atomów w objętości 0x01 graphic
V

0x01 graphic
V - objętość

gdzie:

Z - liczba zwojów cewki wtórnej

S - pole przekroju cewki wtórnej

B - średnia indukcja pola

Hs - średnie natężenie pola

Ms - średnia magnetyzacja próbki

μ0 - przenikalność magnetyczna próżni

gdzie:

C - stała Curie

T - temperatura

Θ -paramagnetyczna temperatura Curie

Stałe C i Θ są charakterystyczne dla danej substancji

antyferromagnetyk

paramagnetyk

ferromagnetyk

0x01 graphic

Temperatura T

Θ

- Θ



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
sprawko ohm, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
magnetyzm20, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
sprawko wahadła, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
Lab Fiz322a, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
Spr z fizy 31, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
Spr 42, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
Fizyka1, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
Cwiczenie 19, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
protokół fiza, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
Spr z fizy 35, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
FIZLAB~1, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna
Spr 34, Studia, II rok, Fizyka Eksperymentalna

więcej podobnych podstron