Zespół I	Krzysztof Wrzesień		Grupa 106B
E1	Badanie pętli histerezy magnetycznej ferromagnetyków, przy użyciu oscyloskopu.
Data wykonania: 19.11.2009r.	Data oddania:	Ocena:

1. Wstęp teoretyczny

Jeżeli ciało ferromagnetyczne umieścimy w słabym polu magnetycznym, to w miarę wzrostu pola granice między domenami przesuwają się i wzrasta namagnesowanie ciała. Polaryzację magnetyczną odpowiadającą krzywej I(H)nazywamy polaryzacją nasycenia I_S. Po osiągnięciu stanu nasycenia polaryzacji magnetycznej lub indukcji, gdy zmniejszymy natężenie pola magnetycznego możemy zaobserwować zjawisko histerezy magnetycznej, które polega na tym, że po zindukowaniu pola magnetycznego H₀ do zera polaryzacja nie zanika.

Jedną z kilku metod wyznaczania pętli histerezy jest metoda wykorzystująca oscyloskop. Aby na ekranie oscyloskopu otrzymać pętle histerezy, należy do płytek odchylenia poziomego przyłożyć napięcie proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego, a do płytek odchylenia pionowego - napięcie proporcjonalne do indukcji magnetycznej próbki.

Parametrem określającym własności magnetyczne materiałów jest podatność

magnetyczna definiowana na jednostkę objętości:

Substancje możemy podzielić na trzy głowne kategorie: diamagnetyki (o ujemnej podatności magnetycznej), paramagnetyki i ferromagnetyki (o dodatniej podatności magnetycznej), zależnie od tego jak modyfikują one pole magnetyczne i jak się w tym polu zachowują.

W substancjach należących do trzeciej kategorii w określonych warunkach temperatury i odpowiedniej fazie krystalicznej występuje uporządkowanie momentow magnetycznych atomow bez obecności zewnętrznego pola magnetycznego.

Rozrożniamy kilka typow uporządkowania momentow magnetycznych:

Ferromagnetyzm- zjawisko, w którym materia wykazuje własne, spontaniczne namagnesowanie. Jest jedną z najsilniejszych postaci magnetyzmu i jest odpowiedzialny za większość magnetycznych zachowań spotykanych w życiu codziennym. Razem z ferrimagnetyzmem jest podstawą istnienia wszystkich magnesów trwałych (jak i zauważalnego przyciągania innych ferromagnetycznych metali przez magnesy trwałe).

Materiały, które wykazują ferromagnetyzm zwane są ferromagnetykami. Jest bardzo dużo ich krystalicznych przedstawicieli: żelazo, kobalt, nikiel oraz w niższych temperaturach również gadolin, terb, dysproz, holm i erb wśród pierwiastków oraz wiele stopów i związków chemicznych.

Ferromagnetyczne stopy metali, których składniki w czystej formie nie wykazują ferromagnetyzmu, nazywane są stopami Heuslera.

Antyferromagnetyzm- .magnetyczna struktura materiału polegająca na antyrównoległym uporządkowaniu elementarnych momentów magnetycznych w podsieciach sieci krystalicznej. Typowym przykładem antyferromagnetyzmu jest mangan. Antyferromagnetyzm występuje również w płaszczyznach CuO znajdujących się w większości badanych nadprzewodników wysokotemperaturowych.

Ferrimagnetyzm - własność magnetyczna polegająca na tym, że w temperaturach poniżej tzw. temperatury Néela pojawia się spontaniczne antyrównoległe uporządkowanie elementarnych momentów magnetycznych, a w odróżnieniu od antyferromagnetyzmu momenty te nie kompensują się wzajemnie do zera.

Jednym ze sposobów obserwacji pętli histerezy jest zastosowanie oscyloskopu. Układ pomiarowy musi być dobrany tak, aby wytwarzał sygnał napięciowy proporcjonalny do pola H (podawany do kanału X oscyloskopu) i sygnał napięciowy proporcjonalny do pola B (podawany do kanału Y oscyloskopu).

Rysunek 1. Schemat budowy układu do badania własności magnetycznych ferromagnetyków

Wartość natężenia pola magnetycznego określamy ze wzoru:

gdzie:

N₁ - ilość zwojów w uzwojeniu pierwotnym,

l- średnia długość fali magnetycznej,

R₁ - wartość rezystora R₁,

U_x - wartość spadku napięcia na rezystorze R₁

Przy czym:

gdzie:

C₁ - to czułość kanału „X” oscyloskopu,

x- wartość wychylenia pętli histerezy w kierunku OX

Rysunek 2. Przykładowy obraz obserwowany na ekranie oscyloskopu

Dzięki zastosowaniu układu całkującego napięcie U₂ jest proporcjonalne do wartości

indukcji magnetycznej B. Znając liczbę zwojów uzwojenia wtórnego N₂, pole

przekroju poprzecznego rdzenia . możemy wyznaczyć wartość indukcji B:

gdzie:

R₂ - rezystancja rezystora R₂,

S - przekrój poprzeczny próbki,

N₂ - ilość zwojów w uzwojeniu wtórnym,

przy czym:

gdzie:

C2 - to czułość kanału „Y” oscyloskopu,

y - wartość wychylenia pętli histerezy w kierunku OY

2. Parametry próbki:

Napięcie zasilające od 2 do 5 V, zmieniane co 0,5 V.

N₁= 250, R₁ = 10 Ω, l = 95,7 mm, N₂= 200, R₂= 82 kΩ, C= 1,5 μF,

S= 150 mm2

3. Tabela wyników pomiarowych:

Opis badanej próbki:
N₁=250 R₁=10 Ω l=95,7 mm		N₂=200 R₂=82 kΩ C=1,5 μF S=150 mm₂		C1=1 V C2=0,5 V
U [V]	xc [mm]	xmax [mm]	yr [mm]	ymax [mm]
5,0 V	11	37	10	24
4,5 V	10	31	9	22
4,0 V	9	25	8	20
3,5 V	8	20	7	17
3,0 V	7	16	6	15
2,5 V	6	13	5	11
2,0 V	5	10	4	10

4. Opracowanie wyników pomiarowych:

Opis badanej próbki:
N₁=250 R₁=10 Ω l=95,7 mm		N₂=200 R₂=82 kΩ C=1,5 μF S=150 mm₂		C1=1 V C2=0,5 V
U [V]	Hc [A/m]	Hmax [A/m]	Br [T]	Bmax [T]
5,0 V	2,87	9,66	0,017	0,041
4,5 V	2,61	8,09	0,016	0,037
4,0 V	2,35	6,53	0,013	0,034
3,5 V	2,08	5,22	0,011	0,029
3,0 V	1,82	4,17	0,010	0,025
2,5 V	1,56	3,39	0,008	0,018
2,0 V	1,30	2,61	0,006	0,017

Obliczanie wartości względnej przenikalności magnetycznej dla próbki nr 2 w punkcie B = B_nas

µ = B / µ₀ * H

µ = 0,017 / 2,87 * 4Π * 10^-7 = 0,074 * 10^-7

Analogicznie obliczamy dla kolejnych wartości napięcia.

5. Wnioski:

W powyższym doświadczeniu badaliśmy ferromagnetyki. Udało nam się zobaczyć i narysować pętle histerezy magnetycznej, jak i wyznaczyć podstawowe parametry ferromagnetyków.

Jedną z metod wyznaczania pętli histerezy, z której i my korzystaliśmy, jest metoda wykorzystująca oscyloskop.

Powierzchnia pętli histerezy jest miarą energii koniecznej na przemagnesowanie i ulega zmianie na ciepło (np. w transformatorach nagrzewają się rdzenie).

Błędy w tym ćwiczeniu mogą być miedzy innymi spowodowane niedokładnym odczytaniem wartości wielkości mierzonej z podziałki oscyloskopu.

---