Rok akademicki 1997/98	LABORATORIUM Z FIZYKI
Ćwiczenie nr 68	POMIAR PUNKTU CURIE FERROMAGNETYKÓW.
Wydział Mechaniczny IZK grupa K05 B	Wykonał: Robert Cincio
Data wykonania	OCENA		DATA	PODPIS
5.03.98	T
	S

1. Część teoretyczna :

Celem ćwiczenia jest poznanie jednej z metod wyznaczania temperatury Curie - metody transformatorowej.

Pomiar punktu Curie t_c wykonuje się w układzie przedstawionym na rysunku 1. Przez spiralę grzejną „S”, która stanowi uzwojenie pierwotne transformatora, przepływa prąd zmienny o częstotliwości sieciowej f = 50 Hz i amplitudzie I₁. Badany pręt „P” wykonany z ferromagnetyka umieszcza się wewnątrz spirali. Cewka „C” połączona z miernikiem „M₂” prądu indukowanego stanowi uzwojenie wtórne transformatora. Prąd płynący przez spiralę powoduje nagrzanie się pręta ferromagnetycznego oraz powstawanie pola magnetycznego o natężeniu:

|H| = I₁ n₁ cos 2 ft

gdzie n - liczba zwojów spirali grzejnej na jednostkę długości

t - czas

W materiale ferromagnetyka wartość indukcji magnetycznej ze względu na zależność B =  _ , wynosi :

|B| =  _ I₁ n₁ cos 2 f t,

a strumień wektora indukcji ;

(t) =  _ I_i n_i A cos2 ft,

gdzie : A - powierzchnia poprzeczna przekroju poprzecznego pręta.

Zmiana strumienia w czasie powoduje powstanie SEM indukcji w cewce wtórnej i N₂ liczbie zwojów :

E(t) = N₂ d (t) / dt

lub prądu, w zwartym obwodzie wtórnym o amplitudzie:

I₂ = 2 f  _ I₁ n₁ N₂ (A/Z)

gdzie : Z - impedancja wewnętrzna cewki.

Przy wyznaczaniu punktu Curie wartość I₁ utrzymuje się stałą, a wielkością zależną od temperatury jest tylko przenikalność magnetyczna ferromagnetyka . Wobec tego zależność I₂ można przedstawić w postaci :

I₂ = const 

W temperaturach t < t_c ,  praktycznie pozostaje stałe i dopiero po osiągnięciu tej temperatury, w związku z wykazywaniem przez ferromagnetyk właściwości paramagnetycznych,  gwałtownie maleje do wartości bliskich 1, co powoduje równocześnie malenie prądu I₂.

2. Część praktyczna i wnioski:

W ćwiczeniu należało podgrzać element ferromagnetyczny do temperatury powyżej, której traci on właściwości ferromagnetyczne (temperatura Curie) i zachowuje się jako paramagnetyk.

Do podgrzania ferromagnetyka użyty został transformator, którego uzwojenie stanowiło spiralę grzejną dla ferromagnetyka. Prąd płynący przez uzwojenie pierwotne, o częstotliwości 50 Hz powodował nagrzewanie pręta ferromagnetycznego. Prąd pierwotny utrzymywany był na stałym poziomie równym 2,5 A. Zmianie ulegała przenikalność magnetyczna ferromagnetyka, który w temperaturach niższych od Curie była stała, natomiast w wyższych zmalała. Zadaniem było mierzyć napięcie na uzwojeniu wtórnym U w funkcji napięcia termopary, aż do momentu zaobserwowania gwałtownego spadku napięcia na tym uzwojeniu.

W ćwiczeniu mierzono napięcie na uzwojeniu wtórnym U [mV] oraz temperaturę t [°C]. Napięcie termopary E [mV] w zakresie od 0 - 3 mV zmieniało się bardzo szybko więc nie można było dokonać pomiaru. Od 3 - 9 mV wyniki rejestrowane były co 2 mV, w zakresie 10 - 17 mV co 1 mV, a od 17 mV do 18,5 mV co 0,1 mV. Napięcie na uzwojeniu wtórnym wzrastało na początku szybko, później prędkość malała w miarę wzrostu napięcia termopary. Napięcie to wynosiło 122 mV przy E = 3 mV, przy E = 17 mV ÷ 17,3 mV wynosiło 168 ± 1 mV, co stanowiło szczytowe napięcie, dla napięcia E = 17,3 mV ÷ 18.5 mV nastąpił gwałtowny spadek do 48 mV. Temperatura Curie pręta P wynosi więc ok. 337 °C. Powyżej tej temperatury ferromagnetyk, z którego wykonany jest pręt P, traci swe własności magnetyczne i staje się paramagnetykiem.

Wyniki w postaci wykresu przedstawiono w punkcie 5.

3. Schemat układu pomiarowego:

Rysunek 1.

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów:

Multimetr V1331 mierzący napięcie na uzwojeniu wtórnym:

ΔU = ± 0,2 % wartości mierzonej + 0,001V

Zakres : 2 V

Woltomierz cyfrowy V544 mierzący napięcie termopary:

ΔE = ± 0,05 % wartości mierzonej + 0,01 mV

Zakres : 100 mV

4. Tabela pomiarów:

Napięcie na uzwojeniu wtórnym U [mV]	Napięcie termopary E [mV]	Temperatura t [°C]
122	3	85
126	5	120
131	7	155
136	9	190
139	10	210
142	11	225
145	12	245
149	13	260
153	14	280
158	15	300
164	16	315
169	17	333
169	17,1	335
168	17,2	337
168	17,3	339
167	17,4	342
164	17,5	344
153	17,6	345
118	17,7	346
85	17,8	348
70	17,9	349
62	18	351
56	18,1	353
55	18,2	355
53	18,3	356
51	18,4	358
48	18,5	359

Tabela 1.

Do obliczenia temperatury w oparciu o charakterystykę termometryczną termoelementu Fe - konst uwzględniono temperaturę odniesienia termoelementu, która wynosiła 25⁰.

5. Wykres:

Rysunek 2.

6. Błędy pomiarowe:

Błędy ΔU, ΔE oraz Δt zaznaczono na wykresie.

Błąd ΔU oraz ΔE został wyliczony ze wzoru :

gdzie

klasa - klasa dokładności miernika,

zakres - zakres wartości mierzonej miernika.

Błąd ΔU wynosi : 0,004 mV

Błąd ΔE wynosi : 0,05 mV

P

C

S

~220 V

Termopara Fe -konst

mV

I₂

M₂

I₁

A~

AUTO TRANSFORMATOR

-400

-300

-200

-100

0

---