Wydział: FIZYKI	Dzień/godzina				NR zespołu: 23
		Data:		29.03.2004
1. Kuhiwczak Marcin 2. Waśkiewicz Łukasz		Ocena z przygotowania		Ocena z sprawozdania	Ocena końcowa
Prowadzący: Dr Jacek Gosk				Podpis Prowadzącego:

1.TEMAT:

Badanie właściwości magnetycznych ciał stałych.

2. CEL ĆWICZENIA:

Celem wykonywanego przez nas ćwiczenia było zbadanie wpływu temperatury na właściwości magnetyczne ferromagnetyka, a także zapoznanie się z pętlą histerezy naszej próbki, oraz wyznaczenie punktu Curie.

3. WPROWADZENIE:

Zachowanie się ciała w zewnętrznym polu magnetycznym umożliwia klasyfikację ze względu na jego właściwości magnetyczne. Reakcją danego ciała na pole magnetyczne jest magnetyzacja, którą określamy wzorem :

, gdzie:

p_m- i-ty moment magnetyczny

V - objętość

Wzór ten należy rozumieć jako wektorową sumę momentów magnetycznych przypadających na jednostkę objętości.

W wyniku magnetyzacji ciało wytwarza własne pole w wyniku czego wypadkowy wektor indukcji B wewnątrz ciała jest równy wektorowej sumie indukcji w próżni - B₀ , oraz polaryzacji magnetycznej ośrodka (μ₀*M). Zależność tę możemy przedstawić wzorem:

B=B₀ + μ₀₁ ·M=

, gdzie:

μ₀ - przenikalność magnetyczna próżni

μ - przenikalność magnetyczna danego ośrodka

H - natężenie zewnętrznego pola magnetycznego

χ - podatność magnetyczna

M - magnetyzacja

Ogólnie magnetyki dzielimy na:

• nieuporządkowane (magnetyzm indukowany, nietrwały,dla H
  0 ) które dzielimy jeszcze na: diamagnetyki(antyrównoległe wektory M i H) i paramagnetyki (równoległe wektory M i H)

• uporządkowane (magnetyzm spontaniczny, trawały, również dla H = 0) które dzielą się jeszcze na: ferromagnetyki, antyferromagnetyki, ferrimagnetyki i struktury niekolinearne.

Aby zrozumieć przebieg naszego doświadczenia musimy wiedzieć jeszcze, że podatność magnetyczną paramagnetyków w zależności od temperatury określa wzór Curie-Weissa:

, gdzie:

C - stała Curie

T - temperatura

Θ - paramagnetyczna temperatura Curie

W naszym doświadczeniu mieliśmy do czynienia z próbką ferromagnetyka, który min. tym wyróżnia się z pośród pozostałych magnetyków, że wewnętrzne pole magnetyczne może przewyższać, setki, tysiące, a w przypadku specjalnych stopów nawet miliony razy wywołujące je zewnętrzne pole magnetyczne.

Tak więc ferromagnetyki charakteryzują się bardzo dużą wartością podatności magnetycznej zależną od zewnętrznego pola magnetycznego oraz od temperatury otoczenia. Ferromagnetyki osiągają często stan nasycenia namagnesowania pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego o bardzo małym natężeniu (rzędu 10 A/m). Po usunięciu zewnętrznego pola ferromagnetyki zachowują stan namagnesowania zwany pozostałością magnetyczną. Ferromagnetyki swe osobliwe właściwości magnetyczne tracą w pewnej temperaturze (T_C) nazywanej punktem ferromagnetycznym Curie. W temperaturze tej ferromagnetyzm ( czyli spontaniczne ustawienie zgodnych kierunków i zwrotów momentów magnetycznych pod wpływem czynnika porządkującego) zostaje zniszczony przez wzbudzenia termiczne i w wyższych temperaturach ferromagnetyki zachowują się jak paramagnetyki. Jednak w obszarze ferromagnetycznego punktu Curie krzywe doświadczalne podatności magnetycznej przebiegają powyżej linii prostej określonej prawem Curie-Weissa.

Ponieważ bezpośredni pomiar natężenia pola magnetycznego był niemożliwy, musieliśmy korzystać ze zjawiska indukcji, polegającego na indukcji napięcia
na nawiniętej na paramagnetyk cewce.

Gdzie:

Z - ilości zwojów

S - powierzchni przekroju cewki

- szybkość zmian pola magnetycznego.

4.WYKONANIE ĆWICZENIA:

Rozpoczynamy grzanie ferromagnetyka i zapisujemy punkty pomiarowe, zwiększając co pewien okres czasu moc grzałki, w celu zachowania stałego wzrostu temperatury . W momencie zaobserwowania gwałtownego spadku napięcia rejestrowanego zwiększamy gęstość zapisu punktów.

5.TABLEKI Z WNIKAMI I WYKRESY

Punkty pomiarowe dla grzania
T[°C]			U [V]			1/U
25	±	0,75	0,470	±	0,007
30	±	0,90	0,470	±	0,007
36	±	1,08	0,470	±	0,007
42	±	1,26	0,470	±	0,007
47	±	1,41	0,470	±	0,007
53	±	1,59	0,470	±	0,007
58	±	1,74	0,470	±	0,007
64	±	1,92	0,470	±	0,007
68	±	2,04	0,470	±	0,007
73	±	2,19	0,470	±	0,007
77	±	2,31	0,470	±	0,007
81	±	2,43	0,470	±	0,007
85	±	2,55	0,470	±	0,007
90	±	2,70	0,470	±	0,007
95	±	2,85	0,470	±	0,007
100	±	3,00	0,477	±	0,007
101	±	3,03	0,466	±	0,007
103	±	3,09	0,469	±	0,007
107	±	3,21	0,471	±	0,007
110	±	3,30	0,470	±	0,007
115	±	3,45	0,469	±	0,007
120	±	3,60	0,469	±	0,007
125	±	3,75	0,469	±	0,007
130	±	3,90	0,468	±	0,007
135	±	4,05	0,466	±	0,007
140	±	4,20	0,467	±	0,007
145	±	4,35	0,466	±	0,007
150	±	4,50	0,464	±	0,007
154	±	4,62	0,465	±	0,007
160	±	4,80	0,463	±	0,007
163	±	4,89	0,461	±	0,007
170	±	5,10	0,459	±	0,007
174	±	5,22	0,457	±	0,007
177	±	5,31	0,449	±	0,007
180	±	5,40	0,444	±	0,007
184	±	5,52	0,438	±	0,007
186	±	5,58	0,422	±	0,006
188	±	5,64	0,417	±	0,006
189	±	5,67	0,414	±	0,006
190	±	5,70	0,408	±	0,006
191	±	5,73	0,400	±	0,006
192	±	5,76	0,393	±	0,006
193	±	5,79	0,383	±	0,006
194	±	5,82	0,370	±	0,006
195	±	5,85	0,356	±	0,005
196	±	5,88	0,336	±	0,005
197	±	5,91	0,319	±	0,005
198	±	5,94	0,293	±	0,004
199	±	5,97	0,268	±	0,004
200	±	6,00	0,247	±	0,004
201	±	6,03	0,218	±	0,003	4,587	±	0,069
202	±	6,06	0,195	±	0,003	5,128	±	0,077
203	±	6,09	0,163	±	0,002	6,135	±	0,092
204	±	6,12	0,142	±	0,002	7,042	±	0,106
205	±	6,15	0,119	±	0,002	8,403	±	0,126
206	±	6,18	0,100	±	0,002	10,000	±	0,150
207	±	6,21	0,083	±	0,001	12,048	±	0,181
208	±	6,24	0,069	±	0,001	14,493	±	0,217
209	±	6,27	0,057	±	0,001	17,544	±	0,263
210	±	6,30	0,049	±	0,001	20,408	±	0,306
211	±	6,33	0,043	±	0,001	23,256	±	0,349
212	±	6,36	0,038	±	0,001	26,316	±	0,395
213	±	6,39	0,034	±	0,001	29,412	±	0,441
214	±	6,42	0,032	±	0,000	31,250	±	0,469
215	±	6,45	0,030	±	0,000	33,333	±	0,500
217	±	6,51	0,027	±	0,000	37,037	±	0,556
219	±	6,57	0,026	±	0,000	38,462	±	0,577
224	±	6,72	0,024	±	0,000	41,667	±	0,625
229	±	6,87	0,024	±	0,000	41,667	±	0,625
233	±	6,99	0,023	±	0,000	43,478	±	0,652

Wykres zarejestrowanych punktów pomiarowych:

Wykres powiększonego interesującego na obszaru:

Ekstrapolując otrzymaną krzywą określamy przybliżoną wartość temperatury Curie na
201 °C.

Następnie szkicujemy wykres zależności

Na przedziale (zaznaczonym w tabelce) znajdujemy odpowiednią funkcje liniową, metodą najmniejszych kwadratów:

Średnie odchylenia standardowe Sa i Sb wyrażają się za pomocą wzorów:

podstawiając za:

zaokrąglając otrzymujemy:

Z prawa Curie-Weisa :

Po przekształceniu:

Rozpoznajemy tu nasz równanie, a więc:
możemy zatem wyliczyć

Błąd liczymy metodą różniczki zupełnej:

A więc temperatura Curie wynosi:

6. Wnioski

Wyznaczona przez nas temperatura Curie wynosi
.

Wynik może nieco odbiegać od rzeczywistej wartości temperatury dla naszej próbki, gdyż pomiar był przeprowadzany szybko, A więc w próbce powstawał gradient temperatury, i mierzone pole odpowiadało wartości temperatura z przedziału, najchłodniejszego miejsca( środka próbki) i powierzchni

- 2 -

---