WYZNACZANIE TEMPERATURY CURIE FERRYTU

Marcin Urbański

I EPiFM gr.A/a

Natężenie pola magnetycznego określone wzorem Biota Savarta,

zależy tylko od natężenia prądu położenia wektora r poszczególnych odcinków przewodnika, względem rozpatrywanego punktu pola. Indukcja magnetyczna określająca oddziaływania pola na poruszający się ładunek zależy również od własności ośrodka. Dla próżni

W ośrodkach materialnych pole zewnętrzne oddziałuje na elementarne obwody prądu związane ze spinem i ruchem orbitalnym elektronu, uporządkowując ich momenty magnetyczne w kierunku pola. W ten sposób powstaje pole dodatkowe, którego natężenie zwane namagnesowaniem równa się momentowi magnetycznemu jednostki objętości ciała

p- wypadkowy moment magnetyczny atomu

n'- liczba atomów w jednostce pola

Zatem indukcja wewnątrz ciała wynosi:

Stosunek namagnesowania do natężenia pola zewnętrznego nazywamy podatnością magnetyczną:

Ze względu na jej wartość i zależność od temperatury i natężenia pola dzielimy ciała na diamagnetyki, paramagnetyki oraz ferromagnetyki, ferrimagnetyki i antyferromagnetyki.

DIAMAGNETYKI - to ciała składające się z atomów o wypadkowym momencie magnetycznym równym zeru np.( gazy szlachetne, cynk, krzem)

W zewnętrznym polu magnetycznym orbity elektronów wykonują przedstawiony na rysunku ruch precesyjny. Wytwarza on niewielki, dodatkowy moment magnetyczny zwrócony zgodnie z regułą Lenza przeciwnie do pola zewnętrznego. Podatność magnetyczna przyjmuje, zatem niewielkie wartości ujemne ( -10^-4 < x < -10^-7). Praktycznie nie zależy ona od temperatury i natężenia pola.

PARAMAGNETYKI - to ciała, których atomy lub cząsteczki posiadają wypadkowy, różny od zera, moment magnetyczny. Ze względu na przypadkowe kierunki elementarnych momentów magnetycznych, ciała te nie wykazują namagnesowania w nieobecności pola zewnętrznego. W polu zewnętrznym zderzenia cząstek następują w taki sposób, że zwiększa się liczba momentów magnetycznych uporządkowanych w kierunku pola. W niezbyt silnych polach magnetycznych stosunek liczby n' momentów uporządkowanych do ogólnej liczby n momentów elementarnych w jednostce objętości jest równy stosunkowi energii oddziaływania magnetycznego do energii ruchu cieplnego cząstki:

Wzór ten wyraża prawo Curie, zgodnie, z którym podatność magnetyczna paramagnetyków jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej. Jej wartość liczbowa jest rzędu 10^-6 - 10^-2.

Wspólną cechą ferromagnetyków, ferrimagnetyków i antyferromagnetyków jest występowanie niezrównoważonego, spinowego momentu magnetycznego atomów. Na niektórych orbitach niecałkowicie zapełnionych powłok zewnętrznych, zamiast dwóch elektronów o przeciwnych spinach, znajdują się pojedyncze o niezrównoważonych spinowych momentach magnetycznych. W lokalnym polu magnetycznym momenty spinowe mogą przyjmować tylko dwa kierunki: równoległy lub antyrównoległy do pola. W rezultacie wewnątrz tych ciał następuje spontaniczne uporządkowanie momentów magnetycznych w obrębie małych o rozmiarach liniowych rzędu 0,01mm zwanych domenami.

Ferromagnetyk Antyferromagnetyk Ferrimagnetyk

Rys. Różne sposoby uporządkowania momentów magnetycznych

FERROMAGNETYKI - momenty magnetyczne atomów wewnątrz domeny są zgodnie skierowane, w rezultacie, czego domeny posiadają własny, silny moment magnetyczny np. (Fe, Co, Ni). W antyferromagnetykach momenty magnetyczne sąsiednich atomów są uporządkowane antyrównolegle, a zatem ich domeny nie posiadają spontanicznie tworzonych momentów magnetycznych. Ferrimagnetyki charakteryzują się niezupełnie skompensowanym uporządkowaniem antyrównoległym. Domeny ich posiadają własne momenty magnetyczne, choć są one na ogół słabsze niż w ferromagnetykach.

Dla tej grupy ciał nie ma prostej zależności między namagnesowaniem a polem magnetycznym, ponieważ podatność magnetyczna zależy od temperatury, natężenia pola i uprzedniego magnesowania próbki.

W zmiennym polu magnetycznym zależność indukcji magnetycznej od natężenia pola przyjmuje dla ferromagnetyków postać pętli histerezy. Dla krzywej pierwotnego namagnesowania można określić zależność podatności magnetycznej od natężenia pola.

Dla każdego ferromagnetyka istnieje określona temperatura T_c zwana punktem Curie, w której ruch cieplny niszczy strukturę domenową i powoduje przejście materiału w stan paramagnetyczny. Podatność magnetyczna w tym stanie spełnia prawo Curie - Weissa:

Własności ferrimagnetyków opisują podobne, choć bardziej złożone zależności. Ferrimagnetyki, a w szczególności ferryty ( MeOFe₂0₃, Me - metal dwuwartościowy), ze względu na duże wartości nasycenia magnetycznego, pozostałości magnetycznej i oporu elektrycznego znalazły szerokie zastosowanie w elektronice. W postaci proszków o jednodomenowych ziarnach służą do produkcji magnesów trwałych.

Domeny antyferromagnetyków w temperaturze zera bezwzględnego nie wykazują spontanicznego namagnesowania. Ze wzrostem temperatury rośnie w wyniku zderzeń cieplnych liczba momentów ustawionych w kierunku pola, a zatem i podatność magnetyczna antyferromagnetyka. Osiąga ona wartość maksymalną w temperaturze Neel'a T_N, w której znika uporządkowanie spinów i materiał przechodzi w stan paramagnetyczny. Podatność magnetyczną spełnia wówczas zależność:

PRZEBIEG ĆWICZENIA I OPRACOWANIE WYNIKÓW

Po włączeniu do sieci urządzenia grzejnego notujemy kolejne wskazania U miliwoltomierza ( ∆U = 0,5 mV ) oraz odpowiadające im prądy I₂ lub SEM indukcji E₂ w uzwojeniu wtórnym aż do momentu, gdy spadną one niemal do zera. Z zależności obliczamy kolejne temperatury T pomiarów. Sporządzamy wykres zależności I₂ lub E₂ od temperatury i odczytujemy z niego temperaturę Curie, przy której wielkości te spadają prawie do zera. Pomiar powtarzamy kilkakrotnie, obliczamy wartość średnią T_C i odchylenie standardowe.

---