Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Grupa dziekańska ....

SPRAWOZDANIE

z laboratorium z Fizyki

Sekcja nr...
1..................................
2..................................
3..................................

Wydział: Inżynieri Środowiska i Energetyki

Kierunek:Energetyka

Temat: Obliczanie temperatury Curie dla ferydów

1. Wstęp teoretyczny - Wprowadzenie

Ferrytami nazywamy związki chemiczne typu:

(Me^k+O^2-)_m(Fe³⁺O₃^2-)_n

w których Me jest metalem dwuwartościowym (np. Mangan, cynk, magnez, nikiel), a m. I n - liczby całkowite.

Większość tych substancji krystalizuje w układzie kubicznym o strukturze minerału zwanego spinelem, dlatego ferryty typu:

MeO(Fe₂O₃)

nazywamy ferrospinelami.

Ferryty związków itru i lantanowców

(Me₂^k+O₃^2-)₃(Fe₂³⁺O₃^2-)₅

krystalizują w strukturze granatu. Zwykle są one ferromagnetykami. Lantanowce tworzą także grupę ortoferrytów o wzorze:

Me₂^k+O₃^2-(Fe₂³⁺O₃^2-)

Na magnesy trwałe wykorzystuje się ferryty zwane heksaferrytami, a opisane wzorem:

MeO(Fe³⁺O₃^2-)₆

gdzie metalem jest bar lub ołów.

Istnieją jeszcze ferryty będące związkami tlenków baru i żelaza posiadające strukturę heksagonalną.

Własności elektryczne większości ferrytów kwalifikują je jako półprzewodniki, natomiast właściwości magnetyczne zależą od momentów magnetycznych jonów i ich wzajemnego oddziaływania co wprowadza podział ferrytów na trzy grupy:

ferromagnetyki - w których poniżej temperatury Curie momenty magnetyczne ustawiają się równolegle, a ich zwroty są zgodne. Powyżej tej temperatury intensywne ruchy cieplne prowadzą do przejścia ferromagnetyku w stan paramagnetyczny. Cechą charakterystyczną ferromagnetyków jest istnienie polaryzacji spontanicznej i krzywej histerezy magnetycznej.

antyferromagnetyki - materiały te nie znalazły zastosowania ponieważ momenty magnetyczne ustawiają się antyrównolegle. Antyferromagnetyki wykazują właściwości magnetyczne tylko w obecności zewnętrznego pola magnetycznego. Powyżej punkty antyferromagnetycznego Curie materiał taki staje się paramagnetykiem,

ferrimagnetyki - tzw. antyferromagnetyki nieskompensowane. Momenty magnetyczne sąsiednich atomów ustawione są antyrównolegle. W strukturze występują podsieci o nieskompensowanym wypadkowym memencie magnetycznym. W zewnętrznym polu magnetycznym ferrimagnetyki zachowuję się jak ferromagnetyki. Powyżej temperatury Curie ferrimagnetyk staje się paramagnetykiem, następuje zmiana struktury i zmieniają się skokowo inne jego właściwości (np. ciepło molowe, współczynnik rozszerzalności cieplnej.

Wiemy już co się dzieje z ferytami po osiągnięciu temperatury Curie wypadało by jeszcze podac wzur na obliczenie temperatury Curie a jest on następujący :

( c2kTc ) / ( Mnas ) = 1

kTc - energia Boltzmana;

Mnas - namagnesowanie nasycenia;

 - stała Weissa (1/3 * 2600);

 - moment magnetyczny.

Mówiąc o feromagnetykach i temperatuże Curie należało by również wspomnieć o Krzywej Magnetycznej . Jak już wiemy w przypadku ciał feromagnetycznych indukcja magnetyczna nie jest proporcjonalna do antężenia pola ; wobec tego względna przenikalność magnetyczna takich ciał nie jest stała , lecz zmienia się z natężeniem pola magnetycznego . Przy wzroście natężenia pola rośnie az do osiągnięcia ustalonej największej wartości (zjawisko nasycenia) .

Istnieje także pewien rodzaj krzywej magnetycznej bardzo wąznej w przeprowadzanym przez naszą grupe doświadczeniu a jest to Pętla Histerezy . Po namagnesowaniu ciała - które nie wykazywało własności magnetycznych - do stanu nasycenia indukcyjenego ( o którym wspomniałem wcześniej ) otrzymujemy dla danej wartosci natęzenie magnetycznego dwie rużne wartości indukcyjne . Wartość pierwsza zależy od tego , czy pole magnetyczne rośnie , czy maleje . Wartość druga indukcji , jaką wykazuje ciało znikaniu pola nazywamy pozostałością magnetyczna .

Można także wspomnieć o tym że natężenie pola magnetycznego wpływa w przypadku ciał feromagnetycznych na ich rozmiary , nie ma to jednak znaczenia w naszym zadaniu więc nie będziey się nad tym rozwodzic.

2. Opis stanowiska pomiarowego

Urządzeniem pomiarowym jest transformator , składający się z dwóch współosiowo nawiniętych cewek oraz rdzenia w postaci wydłużonego walca ( wykonany jest z badanego materiału ) Uzwojenie pierwotne spełnia zarazem rolę piecyka zasilanego z sieci prądu przemiennego za pośrednictwem autotransformatora. Temperaturę próbki mierzy się za pomocą termopary typu K ( NiCr - Ni ) podłączonej do miernika uniwersalnego . Napięcie w uzwojeniu wtórnym mierzymy miernikiem uniwersalnym .

Po osiągnięciu temperatury Curie następuje gwałtowny spadek przenikalności magnetycznej rdzenia i natężenia prądu w uzwojeniu wtórnym. Temperatura Curie odpowiada spadkowi natężenia prądu do połowy wartości maksymalne

3. Schemat Stanowiska

4. Wykres

Tabele pomiarowe

Ogrzewanie pręta ( zaznaczone na wykresie kolorem czerwonym ) :

T [°C]	i [A]	T [°C]	i [A]
84	1,52	156	0,86
92	1,47	157	0,83
100	1,44	158	0,80
105	1,42	159	0,78
110	1,41	160	0,75
120	1,39	161	0,73
125	1,36	162	0,70
130	1,34	163	0,68
132	1,33	164	0,66
134	1,32	165	0,63
136	1,30	166	0,62
138	1,29	167	0,60
140	1,27	168	0,59
142	1,25	169	0,57
144	1,22	170	0,55
146	1,18	171	0,54
148	1,13	172	0,53
149	1,09	173	0,51
150	1,07	174	0,50
151	1,03	175	0,49
152	0,99	176	0,48
153	0,96	177	0,47
154	0,92	178	0,46
155	0,86

Chłodzenie pręta (zaznaczone na tabeli kolorem niebieskim ):

160	0,420	114	0,418
158	0,420	112	0,417
156	0,420	110	0,420
154	0,419	108	0,424
152	0,418	106	0,422
150	0,418	104	0,424
148	0,418	102	0,425
146	0,417	100	0,426
144	0,416	98	0,426
142	0,416	96	0,429
140	0,413	94	0,431
138	0,413	92	0,431
136	0,413	90	0,433
134	0,414	88	0,435
132	0,415	84	0,441
130	0,416	80	0,450
128	0,416	76	0,461
126	0,416	72	0,470
124	0,416	68	0,482
122	0,417	64	0,494
120	0,416	60	0,509
118	0,416	56	0,531
116	0,417	52	0,552

5.Opracowanie wyników pomiarów.

Po narysowaniu wykresu zależności natężenia prądu od temperatury rdzenia ferrytowego prowadzimy dwie proste przecinające się w punkcie określającym temperaturę Curie dla danego materiału. Przy rysowaniu tej zależności uwzględniamy błędy wskazówkowych mierników elektrycznych obliczane ze wzoru:
. Wyniki jakie otrzymano to A=0.02[µA] (błąd odczytu natężenia prądu elektrycznego) i V=0.1[mV] (błąd odczytu napięcia jednakże napięcie w naszym przypadku nie odgrywało dużej roli gdyż było stałe , w jednym przypadku gdy podgrzewaliśmy pręt ferrytowy wynosiło 29.3 V a gdy chłodziliśmy pręt ferrytowy wynosiło 0V ). Trzeba wziąć także pod uwagę błąd spowodowany zbyt wolnym spisywaniem wyników. Błąd pomiarów wynosi około 3 % .Trzeba jeszcze zwucic uwagę, że wykres dla chłodzenia pręta ferrytowego jest bardzo niedokładny i jego granica błędy jest większa niż dla wzrostu temperatury i jego granica błędu wynosi z pewnością więcej niż 14% dlatego nie jest brany pod uwagę . Z naszego wykresu wynika ze temperatura Curie wynosi 156 Cº +_ 3% .

6.Podsumowanie.

Podczas przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego wyznaczyliśmy temperaturę Curie dla badanego ferrytu: Tc=156 Cº +_ 3%. Błąd pomiaru jest wynikiem niedokładności pomiaru napięcia i natężenia prądu w badanym układzie. Źródłem błędów mogą być również niedokładności rysowania wykresów oraz odczytywania z nich odpowiednich wartości ( metoda ta jest ograniczona dość dużym marginesem błędu ).

7. Bibliografia

• „Laboratorium z Fizyki” Robert Respondowski

• „Fizyka” H.Kuchling

• „Kurs Fizyki elektryczność i magnetyzm tom 2” B.Jaworski L.Miłkowska

• „Fizyka dla kandydatów na wyższe uczelnie” Z.KAmiński

• „Ćwiczenia Laboratoryjne z Fizyki” B.Wachowska

---