Rafał Ryczek, Paweł Fiedor |
Tytuł ćwiczenia | Cw. 40 |
---|---|---|
Gr 30N1 | Badanie zależności namagnesowania ferromagnetyka od natężenia pola magnetycznego na podstawie pętli histerezy magnetycznej | Data: Podpis: |
1.Wstęp teoretyczny:
Namagnesowanie materiału $\overrightarrow{M} = \frac{\overrightarrow{\mu}}{V}$, jest to wypadkowy moment magnetyczny na jednostkę objętości lub objętościowa gęstość dipolowych momentów magnetycznych. Moment wypadkowy $\overrightarrow{\mu}$ jest sumą wektorową wszystkich atomowych momentów magnetycznych. Materiały mogą posiadać własne momenty dipolowe jak również momenty dipolowe wyindukowane przez zewnętrzne pole magnetyczne. Elementarne dipole magnetyczne mogą być utożsamiane z mikroskopowymi prądami związanymi z przemieszczeniem się ładunków związanych z cząstkami elementarnymi. Te mikroskopowe prądy tak samo, jak prądy makroskopowe powodują powstanie pola magnetycznego. Można zatem zapisać:
$\overrightarrow{B} = \mu_{0}\overrightarrow{H} + \mu_{0}\overrightarrow{M}$, gdzie: μ0 = 4π • 10−7 • T • m • A−1-przenikalność magnetyczna w próżni, $\overrightarrow{H}$-natężenie pola magnetycznego. Dla materiałów magnetycznych namagnesowanie $\overrightarrow{M}$ jest powiązane z zewnętrznym polem magnetycznym $\overrightarrow{H}$ poprzez podatność magnetyczną ośrodka χ: $\overrightarrow{M} = \chi\overrightarrow{H}$. Podatność magnetyczna jest wielkością bezwymiarową.
Ze względu na wartości podatności magnetycznej χ materiały dzieli się na:
Diamagnetyki- diamagnetyzm jest związany z wpływem zewnętrznego pola magnetycznego na ruch elektronów krążących po orbitach. Występuje we wszystkich substancjach, ale w większości przypadków indukowane momenty magnetyczne są maskowane przez ich stałe momenty magnetyczne. Ujemna χ.
Paramagnetyki- substancje, w których występują stałe momenty magnetyczne. Właściwości takie wykazują wszystkie metale ziem rzadkich i niektóre pierwiastki przejściowe. Niewielka podatność magnetyczna ~10−4.
Ferromagnetyki- substancje, w których występuje zjawisko spontanicznego namagnesowania, nawet w warunkach braku zewnętrznego pola magnetycznego, zmienia się wraz z temperaturą. W ferromagnetykach występują obszary o ustalonym kierunku namagnesowania, które nazywają się domenami. Domeny są efektem zjawiska spontanicznego namagnesowania. Kierunki namagnesowania domen w ferromagnetykach mogą być chaotycznie zorientowane, tak, że dla danego ciała ferromagnetycznego wypadkowy moment magnetyczny jest zerowy. Jednymi pierwiastkami ferromagnetycznymi są: żelazo, kobalt, nikiel, gadolin i dysproz. Bardzo duża podatność magnetyczna.
Gdy nienamagnesowany ferromagnetyk umieścić w zewnętrznym polu magnetycznym to wówczas nastąpi jego namagnesowanie. Namagnesowanie ferromagnetyka jest związane z dwoma niezależnymi efektami:
z przyrostem objętości domen, których namagnesowanie jest zgodne z przyłożonym polem magnetycznym.
ze zmianą kierunku namagnesowania domen, których wektory namagnesowania nie były zgodne z zewnętrznym polem magnetycznym.
Krzywa histerezy magnetycznej- krzywa wyrażająca zależność B od H. Jeżeli pierwotnie nienamagnesowany ferromagnetyk został poddany działaniu pola magnetycznego H, którego maksymalne wartości bezwzględne nie pozwoliły na osiągnięcie stanu nasycenia namagnesowania, to otrzymana wówczas pętla histerezy jest pętlą nienasyconą.
W każdym procesie przemagnesowania ferromagnetyka wydziela się w nim ciepło, którego ilość na jednostkę objętości jest równa powierzchni pętli histerezy magnetycznej:
W = ∫BdH
2. Opracowanie wyników i obliczenia:
Isk [mA] | Wx[V/dz] | Wy[V/dz] | X[działki] | Y[działki] | Xc[działki] | Yc[działki] |
---|---|---|---|---|---|---|
0,859 | 20 | 100 | 1,2 | 2,8 | 0,4 | 1,2 |
1,006 | 1,4 | 3,35 | 0,52 | 1,6 | ||
1,112 | 200 | 1,6 | 2,2 | 0,6 | 1 | |
1,210 | 1,7 | 2,5 | 0,68 | 1,2 | ||
1,318 | 1,8 | 2,8 | 0,7 | 1,5 | ||
1,425 | 2 | 3 | 0,8 | 1,68 | ||
1,540 | 2,1 | 3,45 | 0,9 | 1,75 | ||
1,619 | 2,38 | 3,65 | 0,95 | 1,8 | ||
1,762 | 2,6 | 4,8 | 1 | 2 |
Hmax[A/m] | Bmax[T] | Ur *10^-5 | Br[T] | Hc[A/m] |
---|---|---|---|---|
245,55 | 194,07 | 6,29 | 83,1746 | 81,8489 |
278,57 | 232,2 | 6,42 | 110,8995 | 106,8105 |
317,88 | 304,98 | 7,64 | 138,6243 | 119,2001 |
345,88 | 346,56 | 7,97 | 166,3492 | 138,3522 |
376,75 | 388,15 | 8,19 | 207,9365 | 146,5149 |
407,34 | 415,87 | 8,125 | 232,8889 | 162,9355 |
440,211 | 478,25 | 8,64 | 242,5926 | 188,6621 |
462,79 | 505,98 | 8,7 | 249,5238 | 184,7286 |
503,67 | 665,39 | 10,05 | 277,2478 | 193,7195 |
I1 [mA] | Hmax [A/m] | U1 [V] | Uk_max [V] | Bmax | Uc [V] | Ur [V] |
---|---|---|---|---|---|---|
0,607 | 122,7733 | 24 | 280 | 194,1 | 8 | 120 |
0,711 | 143,78339 | 28 | 335 | 232,2 | 10,4 | 160 |
0,786 | 158,93353 | 32 | 440 | 305 | 12 | 200 |
0,856 | 172,94026 | 34 | 500 | 346,6 | 13,6 | 240 |
0,932 | 188,37326 | 36 | 560 | 388,1 | 14 | 300 |
1,008 | 203,66932 | 40 | 600 | 415,9 | 16 | 336 |
1,089 | 220,10579 | 42 | 690 | 478,3 | 18 | 350 |
1,145 | 231,39693 | 47,6 | 730 | 506 | 19 | 360 |
1,246 | 251,83533 | 52 | 960 | 665,4 | 20 | 400 |
Straty energii:
Pole pętli histerezy: 0, 875 V2---> 0,935 V
Straty energii: 0, 935 V • 0, 805 A = 0, 752 J