POLITECHNIKA WROCŁAWSKA		Spraw. wyk.: Krzysztof Małys	Wydział Inżynierii Środowiska
LABORATORIUM Z FIZYKI Rok:2 Semestr:3
Data 21.11.1995	Temat: Badanie ferromagnetyków.			Ocena:
Nr.lab. :6. Nr.ćw. :58.

I. CEL ĆWICZENIA JEST:

Obserwacja oscyloskopowa krzywych histerezy magnetycznej dla różnych ferromagnetyków i wyznaczanie pozostałości magnetycznej, natężenia pola koercji oraz kształtu pierwotnej krzywej magnesowania, pomiar temperatury Curie.

II. WSTĘP TEORETYCZNY.

1. Pole magnetyczne.

Pole magnetyczne w ośrodkach można scharakteryzować za pomocą następujących wielkości: indukcji magnetycznej , natężenia pola magnetycznego i polaryzacji magnetycznej.

Ogólny związek między tymi wektorami ma postać:

= μ₀+ ;

gdzie μ₀ - przenikalność magnetyczna próżni (μ₀ = 4 π x 10^-7 Vs / Am);

W wielu ośrodkach spełniony jest ponadto związek:

= μ₀ ℵ= μ₀ (μ -1) gdzie;

ℵ - podatność magnetyczna ośrodka;

μ - względna przenikalność magnetyczna ośrodka (μ = ℵ + 1);

Z obu tych związków wynika zależność:

= μ₀μ.

Podatność magnetyczna ℵ i przenikalność magnetyczna μ charakteryzują własności magnetyczne ośrodka:

- diamagnetyki (ℵ < 0 i μ <1);

- paramagnetyki (ℵ > 0 i μ >1);

- ferromagnetyki (ℵ >> 0 i μ >>1 oraz μ ≠ const);

Diamagnetyki i paramagnetyki należą do materiałów słabo magnetycznych, ich przenikalność magnetyczna jest bliska jedności. Ferromagnetki mają bardzo dużą przenikalność magnetyczną.

2. Ferromagnetyki.

Z mikroskopowego punktu widzenia ciała ferrromagnetyczna są to takie ciała, których atomy mają nieskompensowane spinowe momenty magnetyczne elektronów.

Warunkiem istnienia ferromagnetyzmu jest:

- istnienie nieskompensowanych spinowych momentów magnetycznych, które mogą wystąpić tylko w atomach z nizapełnionymi całkowicie powłokami elektronowymi.

- oddziaływanie między momentami spinowymi elektronów sąsiednich atomów, prowadzące do ich wzajemnej orientacji równoległej.

Każdy ferromagnetyk ma strukturę domenową. Zewnętrzne pole magnetyczne powoduje domen w kierunku tego pola.

3. Natężenie pola magnetycznego H, indukcja magnetyczna B, pozostałość magnetyczna Br i pole koercji He.

a. Wartość natężenia pola magnetycznego (pola koercji) określamy ze wzoru:

H(He) = [A/m]

n₁ - ilość zwojów uzwojenia pierwotnego;

l - średnia długość drogi magnetycznej;

R₁ - wartość rezystancji;

Ux - wartość spadku napięcia na rezystorze R₁;

b. Wartość indukcji magnetycznej(pozostałości magnetycznej) określamy ze wzoru:

B(Br) = [T - tesla]

R₂ - rezystancja rezystora R₂;

s - przekrój poprzeczny próbki

Uy - wartość spadku napięcia na kondensatorze c₁;

C₁ - pojemność kondensatora C₁;

n₂ - ilość zwojów uzwojenia wtórnego;

III. SPIS PRZYRZĄDÓW.

1. Oscyloskop STD - 501xy;

2. Autotransformator regulowany typ Ar - 202;

3. Transformator sterujący typ 2TS - 3;

4. Stabilizator prądu typ SP - 102;

5. Rezystor dekadowy typ RD - 101;

6. Trzy próbki ferromagnetyków;

IV. DANE DLA TRZECH PRÓBEK FERROMAGNETYKÓW.

Nr. próbki	R1[Ω]	n1[zw]	n2[zw]	l[mm]	s[mm^2]
1	10	200	200	90	45
2	8.2	250	200	94	56
3	2.8	200	314	150	5.4

Dane jednakowe dla trzech próbek.

C1[μF]	R2[kΩ]
1.5	200

V. WYNIKI POMIARÓW I ICH BŁĘDY.

1. Płytka ferromagnetyczna nr 1.

a. Wyznaczanie pierwotnej krzywej rozmagnesowanej próby.

Zakres odczytu wartości na oscyloskopie
x	y
2V/cm	5mV/cm

Wartości odczytane z ekranu oscyloskopu dla odpowiednich napięć.

Na ekran oscyloskopu naniesiony jest układ współrzędnych XY

Napięcie [V]	X [cm]	ΔX [cm]	UX [V]	ΔUX [V]	Y [cm]	ΔY [cm]	UY [mV]	ΔUY [mV]
25	0.2	±0.2	0.4	±0.4	1.6	±0.2	8.0	±0.4
50	0.4	±0.2	0.8	±0.4	1.8	±0.2	9.0	±0.4
75	0.6	±0.2	1.2	±0.4	2.0	±0.2	10.0	±0.4
100	0.8	±0.2	1.6	±0.4	2.0	±0.2	10.0	±0.4
125	1.0	±0.2	2.0	±0.4	2.0	±0.2	10.0	±0.4
150	1.4	±0.2	2.8	±0.4	2.0	±0.2	10.0	±0.4
175	1.6	±0.2	3.2	±0.4	2.0	±0.2	10.0	±0.4
200	1.8	±0.2	3.6	±0.4	2.0	±0.2	10.0	±0.4
225	2.0	±0.2	4.0	±0.4	2.0	±0.2	10.0	±0.4
250	2.2	±0.2	4.4	±0.4	2.0	±0.2	10.0	±0.4

H [kA/m]	ΔH [kA/m]	ΔH/H x 100%	B [mT]	ΔB [mT]	ΔB/B x 100%
0.09	±0.09	100%	2.67	±0.13	5%
0.18	±0.09	50%	3.00	±0.13	4%
0.27	±0.09	33%	3.33	±0.13	4%
0.36	±0.09	25%	3.33	±0.13	4%
0.44	±0.09	20%	3.33	±0.13	4%
0.62	±0.09	14%	3.33	±0.13	4%
0.71	±0.09	13%	3.33	±0.13	4%
0.80	±0.09	11%	3.33	±0.13	4%
0.89	±0.09	10%	3.33	±0.13	4%
0.98	±0.09	9%	3.33	±0.13	4%

Wykres przedstawiający zależność B od H w próbce rozmagnesowanej.

b. Wyznaczenie pozostałości magnetycznej Br i pola koercji He.

Zakres odczytu wartości na oscyloskopie
x	y
0.1V/cm	2mV/cm

Napięcie [V]		X [cm]	ΔX [cm]		UX [V]		ΔUX [V]		Y [cm]		ΔY [cm]		UY [mV]	ΔUY [mV]
10		0.4	±0.2		0.04		±0.02		0.6		±0.2		1.2	±0.4
20		0.8	±0.2		0.08		±0.02		0.8		±0.2		1.6	±0.4
He [A/m]	ΔHe [A/m]			ΔHe/He x 100%		Br [mT]		ΔBr [mT]		ΔBr/Br x 100%
8.9	±8.9			100%		0.40		±0.13		33%
17.8	±8.9			50%		0.50		±0.13		25%
22.2	±8.9			40%		0.80		±0.13		17%
30		1.0	±0.2		0.10		±0.02		1.2		±0.2		2.4	±0.4

2. Płytka ferromagnetyczna nr 2.

a. Wyznaczanie pierwotnej krzywej rozmagnesowanej próby.

Zakres odczytu wartości na oscyloskopie
x	y
1V/cm	5mV/cm

Wartości odczytane z ekranu oscyloskopu dla odpowiednich napięć.

Na ekran oscyloskopu naniesiony jest układ współrzędnych XY

Napięcie [V]	X [cm]	ΔX [cm]	UX [V]	ΔUX [V]	Y [cm]	ΔY [cm]	UY [mV]	ΔUY [mV]
25	0.2	±0.2	0.2	±0.2	1.8	±0.2	9	±1
50	0.6	±0.2	0.6	±0.2	2.4	±0.2	12	±1
75	1.2	±0.2	1.2	±0.2	2.8	±0.2	14	±1
100	1.6	±0.2	1.6	±0.2	3.0	±0.2	15	±1
125	2.0	±0.2	2.0	±0.2	3.0	±0.2	15	±1
150	2.4	±0.2	2.4	±0.2	3.2	±0.2	16	±1
175	2.6	±0.2	2.6	±0.2	3.2	±0.2	16	±1
200	3.0	±0.2	3.0	±0.2	3.4	±0.2	17	±1
225	3.4	±0.2	3.4	±0.2	3.4	±0.2	17	±1
250	3.6	±0.2	3.6	±0.2	3.4	±0.2	17	±1

H [kA/m]	ΔH [kA/m]	ΔH/H x 100%	B [mT]	ΔB [mT]	ΔB/B x 100%
0.06	±0.06	100%	1.93	±0.09	4%
0.19	±0.06	33%	2.57	±0.09	3%
0.39	±0.06	17%	3.00	±0.09	3%
0.52	±0.06	13%	3.21	±0.09	3%
0.65	±0.06	10%	3.30	±0.09	3%
0.78	±0.06	8%	3.43	±0.09	3%
0.84	±0.06	8%	3.50	±0.09	3%
0.97	±0.06	7%	3.60	±0.09	2%
1.10	±0.06	6%	3.64	±0.09	2%
1.17	±0.06	6%	3.64	±0.09	2%

Wykres przedstawiający zależność B od H w próbce rozmagnesowanej.

b. Wyznaczenie pozostałości magnetycznej Br i pola koercji He.

Zakres odczytu wartości na oscyloskopie
x	y
0.5V/cm	5mV/cm

Napięcie [V]		X [cm]	ΔX [cm]		UX [V]		ΔUX [V]		Y [cm]		ΔY [cm]		UY [mV]	ΔUY [mV]
50		1.0	±0.2		0.5		±0.1		0.2		±0.2		1.0	±1
100		1.2	±0.2		0.6		±0.1		0.4		±0.2		2.0	±1
150		1.4	±0.2		0.7		±0.1		0.4		±0.2		2.0	±1
He [kA/m]	ΔHe [kA/m]			ΔHe/He x 100%		Br [mT]		ΔBr [mT]		ΔBr/Br x 100%
0.16	±0.03			20%		0.21		±0.21		100%
0.19	±0.03			17%		0.33		±0.21		40%
0.23	±0.03			14%		0.43		±0.21		40%

3. Płytka ferromagnetyczna nr 3.

a. Wyznaczanie pierwotnej krzywej rozmagnesowanej próby.

Zakres odczytu wartości na oscyloskopie
x	y
5V/cm	2mV/cm

Wartości odczytane z ekranu oscyloskopu dla odpowiednich napięć.

Na ekran oscyloskopu naniesiony jest układ współrzędnych XY

Napięcie [V]	X [cm]	ΔX [cm]	UX [V]	ΔUX [V]	Y [cm]	ΔY [cm]	UY [mV]	ΔUY [mV]
25	0.2	±0.2	1	±1	0.2	±0.2	0.4	±0.4
50	0.4	±0.2	2	±1	0.6	±0.2	1.2	±0.4
75	0.4	±0.2	2	±1	1.4	±0.2	2.8	±0.4
100	1	±0.2	5	±1	1.6	±0.2	3.2	±0.4
125	1.4	±0.2	7	±1	1.8	±0.2	3.6	±0.4
150	1.6	±0.2	8	±1	1.8	±0.2	3.6	±0.4
175	1.8	±0.2	9	±1	1.8	±0.2	3.6	±0.4
200	2.2	±0.2	11	±1	2.0	±0.2	4.0	±0.4
225	2.4	±0.2	12	±1	2.0	±0.2	4.0	±0.4
250	2.6	±0.2	13	±1	2.0	±0.2	4.0	±0.4

H [kA/m]	ΔH [kA/m]	ΔH/H x 100%	B [mT]	ΔB [mT]	ΔB/B x 100%
0.48	±0.48	100%	0.07	±0.07	100%
0.95	±0.48	50%	0.20	±0.07	33%
0.95	±0.48	50%	0.48	±0.07	14%
2.38	±0.48	20%	0.55	±0.07	13%
3.33	±0.48	14%	0.61	±0.07	11%
3.81	±0.48	13%	0.61	±0.07	11%
4.29	±0.48	11%	0.61	±0.07	11%
5.24	±0.48	9%	0.68	±0.07	10%
5.71	±0.48	8%	0.68	±0.07	10%
6.19	±0.48	8%	0.68	±0.07	10%

Wykres przedstawiający zależność B od H w próbce rozmagnesowanej.

b. Wyznaczenie pozostałości magnetycznej Br i pola koercji He.

Zakres odczytu wartości na oscyloskopie
x	y
5V/cm	2mV/cm

Napięcie [V]		X [cm]		ΔX [cm]	UX [V]		ΔUX [V]		Y [cm]		ΔY [cm]		UY [mV]	ΔUY [mV]
100		1.0		±0.2	5		±1		0.6		±0.2		3.0	±0.4
150		1.2		±0.2	6		±1		0.6		±0.2		3.0	±0.4
200		1.2		±0.2	6		±1		0.6		±0.2		3.0	±0.4
He [kA/m]		ΔHe [A/m]		ΔHe/He x 100%			Br [mT]		ΔBr [mT]		ΔBr/Br x 100%
2.38		±0.48		20%			0.51		±0.07		13%
2.86		±0.48		17%			0.51		±0.07		13%
2.86		±0.48		12%			0.51		±0.07		13%

VI. WNIOSKI I DYSKUSJA WYNIKÓW.

Wraz ze wzrostem średniej długości drogi magnetycznej oraz gdy spada opór w oporniku i maleje wartość przekroju poprzecznego zauważamy w powyższym ćwiczeniu, wzrost wartości pozostałości magnetycznej Br oraz wzrost pola koercji He. Tak więc największą pozostałością magnetyczną i pole koercji wykazuje próbka ferromagnetyczna nr.3 , a najmniejszą pozostałość magnetyczną i pole koercji ma próba nr.1. Największy wpływ na błąd popełniany przy wyznaczeniu pola koercji i pozostałości magnetycznej ma błąd popełniany przy odczycie wartości z ekranu oscyloskopu, można by ten błąd ograniczyć stosując oscyloskop z dokładniejszą podziałką na ekranie. Przy wyznaczeniu krzywej dla próbki rozmagnesowanej obserwujemy analizując próbki od 1 do 3 wzrost natężenia pola magnetycznego i spadek indukcji magnetycznej.

1

---