Nr ćw. 208	Data	WOJCIECH NERGA	Wydział BIŚ	Semestr I	Grupa 16
Prowadzący: Bartłomiej Grześkiewicz	Przygotowanie	Wykonanie	Ocena

Temat: Wyznaczanie pętli histerezy za pomocą halotronu

1.Wstęp teoretyczny

W pierwiastkach takich jak żelazo, kobalt i nikiel oraz w wielu związkach i stopach tych a także innych pierwiastków występuje szczególny efekt pozwalający uzyskać duży stopień magnetycznego uporządkowania. W tych metalach i związkach, zwanych ferromagnetykami, występuje specjalna postać oddziałwania, zwana oddziaływaniem wymiennym, które sprzęga z sobą momenty magnetyczne atomów w sposób sztywno-równoległy. Zjawisko to występuje tylko poniżej pewnej krytycznej temperatury, tzw. temperatury Curie. Powyżej temperatury Curie sprzężenie znika i ciało staje się paramagnetykiem.

Obecność ferromagnetyka bardzo silnie wpływa na parametry pola magnetycznego. Rozważmy ferromagnetyk w krztałcie pierścienia z nawinietą na nań cewką toroidalną. Kiedy przez cewkę, nie zawierającą rdzenia ferromagnetycznego, płynie prąd o natężeniu im, wewnątrz niej powstaje pole magnetyczne Bo

n - liczba zwojów na jednostkę długości toroidu

o - przenikalność magnetyczna próżni

Po wprowadzeniu do toroidu rdzenia indukcja osiąga wartość B, która jest wielokrotnie większaod Bo. Powodem wzrostu indukcji jest porządkowanie się elementarnych dipoli atomowych w rdzeniu i wytwarzanie własnego pola magnetycznego, które dodaje się do pola zewnętrznego. Całkowitą indukcję możemy wyrazić w postaci:

,

BM - indukcja magnetyczna pochodząca od rdzenia.

Indukcję B można również wyrazić następująco

.

- bezwymiarowa wielkość zwana przenikalnością magnetyczną ośrodka, określającą ile razy B jest większe od Bo.

Zależność indukcji B od prądu magnesującego nie jest liniowa, ponieważ w przypadku ferromagnetyków silnie zależy od natężenia prądu magnesującego

Dla małych wartości pola magnetycznego indukcja wzrasta głównie dzięki zwiększeniu stopnia uporządkowania dipoli magnetycznych - decydującym o przyroście B wyrazem w równaniu jest BM.

Po osiągnięciu nasycenia (uporządkowanie wszystkich dipoli) wartość BM się ustala, natomiast Bo cały czas narasta liniowo.

Przedstawiony tutaj mechanizm opisuje magnesowanie próbki, która w stanie początkowym była zupełnie rozmagnesowana. Obrazem graficznym tego procesu jest tzw. krzywa pierwotnego magnesowania lub inaczej krzywa dziewicza na wykresie B=f(h).

Dipole magnetyczne w ferromagnetykach występują w postaci domen ,tj. obszarów, w których atomowe momenty magnetyczne są ustawione względem siebie równolegle, niezależnie od warunków zewnętrznych. W stanie nienamagnesowanym domeny ustawione są całkowicie przypadkowo (przy uporządkowanym uorządkowaniu wewnątrz domen), a magnesowanie polega na ustawieniu się coraz większej ilości domen w kierunku pola zewnętrznego.

Po osiągnięciu maksymalnego uporządkowania również między domenami pojawiają się siły sprzęgające, co prowadzi do zachowania uporządkowania nawet po odjęciu pola zewnętrznego. Wartość namagnesowania przy zerowym polu zewnętrznym (ale po uprzednio osiągniętym nasyceniu) nazywamy pozostałością magnetyczną lub namagnesowaniem spontanicznym.

Aby zlikwidować to namagnesowanie musimy przyłożyć pole zewnętrzne o przeciwnym kierunku i o wartości zwanej polem koercji.

W tym momencie namagnesowanie jest równe zeru. Dalszy wzrost pola w tym samym kierunku prowadzi do odwrócenia domen i powtórzenia procesu porządkowania w przeciwnym kierunku.

Zwróćmy uwagę, że indukcja B w próbce a także jej namagnesowanie zależy nie tylko od wartości pola magnesującego H, lecz również od "historii" próbki, tzn. od jej dotychczasowego stanu. Pełny przebieg zależności indukcji od natężenia ola magnetycznego nosi nazwę pętli histerezy.

Pomiaru indukcji w szczelinie dokonujemy za pomocą halotronu. Podstawą działania halotronu jest zjawisko Halla, polegające na powstawaniu różnicy potencjałów VH między punktami a i b cienkiej płytki półprzewodnika lub przewodnika w wyniku wzajemnego oddziaływania pola magnetycznego i prądu elektrycznego.

Różnica potencjałów VH jest proporcjonalna zarówno do płynącego przez halotron prądu, jak i do indukcji magnetycznej oraz zależy od rodzaju materiału i wymiarów halotronu

.

Współczynik , zwany czułością halotronu, określony jest przez indywidualne własności przyrządu. Gdy znana jest czułość, pomiar indukcji magnetycznej sprowadza się do zmierzenia napięcia Halla oraz prądu halotronu i wykorzystania równania.