208, Politechnika Poznańska ZiIP, II semestr, Fizyka, laborki fiza, Laborki, laborki fiza, Fizyka - Laboratoria, Fizyka


nr

ćwicz.

208

data

30.03.2004

Przemysław Przyborowski

Wydział

Budownictwa

Semestr

II

grupa B4

nr lab. 5

prowadzący prof. Stanisław Szuba

przygotowanie

wykonanie

ocena

Temat: Wyznaczanie pętli histerezy ferromagnetyków za pomocą hallotronu.

W pięciu pierwiastkach (Fe, Co, Ni, Gd, Dy) oraz w wielu związkach i stopach tych a także innych pierwiastków występuje szczególny efekt pozwalający uzyskać duży stopień magnetycznego uporządkowania. W tych metalach i związkach, zwanych ferromagnetykami, występuje specjalna postać oddziaływania, zwana oddziaływaniem wymiennym, które sprzęga ze sobą momenty magnetyczne atomów w sposób sztywno-równoległy. Zjawisko to występuje tylko poniżej pewnej temperatury Curie. Powyżej temp. Curie sprzęganie wymienne zanika i ciało staje się paramagnetykiem.

Obecność ferromagnetyka bardzo silnie wpływa na parametry pola magnetycznego. Rozważmy ferromagnetyk w kształcie pierścienia z nawiniętą nań cewką toroidalną. Kiedy przez cewkę niezawierającą rdzenia magnetycznego płynie prąd o natężeniu im, wewnątrz niej powstaje pole magnetyczne o indukcji Bo:

Bo = μo n im (1)

W powyższym wzorze n oznacza liczbę zwojów przypadających na jednostkę długości troidu,

μo - przenikalność magnetyczną próżni. Po wprowadzeniu do troidu rdzenia indukcja osiąga wartość B, która jest wielokrotnie większa od. Powodem wzrostu jest indukcji jest porządkowanie się elementarnych dipoli atomowych w rdzeniu i wytwarzanie własnego pola magnetycznego, które dodaje się do pola wewnętrznego. Wobec powyższego całkowitą indukcję możemy wyrazić w postaci:

B = Bo + BM (2)

gdzie BM oznacza indukcję magnetyczną pochodzącą od rdzenia. Indukcję B we wnętrzu rerromagnetyka można wyrazić następująco:

B = μ μo n im (3)

μ jest bezwymiarową wartością zwaną przenikalnością magnetyczną ośrodka, określającą ile razy B jest większe od Bo. Zależność indukcji B od prądu magnesującego nie jest liniowa, ponieważ w przypadku ferromagnetyków silnie zależy od natężenia prądu magnesującego:

H = im n (4)

Dla małych wartości pola magnetycznego indukcja wzrasta głównie dzięki zwiększaniu stopnia uporządkowania dipoli magnetycznych - decydującym o przyroście B wyrazem w równaniu (2) jest BM. Po osiągnięciu nasycenia wartość BM się ustala, natomiast Bo cały czas wzrasta liniowo.

Przedstawiany tutaj mechanizm dotyczy próbki, która w stanie początkowym była rozmagnesowana. Obrazem graficznym tego procesu jest, tzw. krzywa pierwotnego magnesowania, inaczej krzywa dziewicza na wykresie Ba(H).

Dipol magnetyczne w ferromagnetykach występują w postaci domen. Po osiągnięciu maksymalnego uporządkowania pomiędzy domenami pojawiają się siły sprzęgające, co prowadzi do zachowania uporządkowania nawet po odjęciu pola zewnętrznego. Wartość namagnesowania przy zerowym polu zewnętrznym nazywamy pozostałością magnetyczną lub namagnesowaniem spontanicznym.

Aby zlikwidować to namagnesowanie musimy przyłożyć pole zewnętrzne o przeciwnym kierunku i o wartości zwanej polem koercji.

W tym momencie namagnesowanie jest równe zeru. Dalszy wzrost pola w tym samym kierunku prowadzi do odwrócenia domen i powtórzenia procesu porządkowania w przeciwnym kierunku. Pełny przebieg zależności indukcji od natężenia pola magnetycznego nosi nazwę pętli histerezy.

W celu zmierzenia indukcji magnetycznej używamy pierścienia żelaznego, w którym wycięta jest wąska szczelina prostopadła do linii indukcji. Indukcja w wąskiej szczelinie mało różni się od wartości we wnętrzu ferromagnetyka.

Pomiaru indukcji w szczelinie dokonujemy za pomocą hallotronu. Podstawą działania hallotronu jest zjawisko Halla, polegające na powstawaniu różnicy potencjałów VH między dwoma punktami cienkiej płytki półprzewodnika lub przewodnika w wyniku wzajemnego oddziaływania pola magnetycznego i prądu elektrycznego.

Różnica potencjałów VH jest proporcjonalna zarówno do płynącego prądu jak i do indukcji magnetycznej oraz zależy od rodzaju materiału i wymiarów hallotronu:

VH = γ iH B (5)

Współczynnik γ, zwany czułością hallotronu, określony jest przez indywidualne własności przyrządu. Gdy znana jest czułość pomiar indukcji magnetycznej sprowadza się do zmierzenia napięcia Halla oraz prądu hallotronu i wykorzystania równania (5).

Tabela wyników.

odczyt

UH

natężenie

im

indukcyjność

B

natężenie pola magnetycznego

H

[V]

[A]

[T]

[A/m]

1

0,604

0,00

0,8629

0

2

0,620

0,20

0,9000

120

3

0,630

0,40

0,9043

240

4

0,633

0,60

0,9243

360

5

0,647

0,80

0,9429

480

6

0,660

1,00

0,9671

600

7

0,677

1,20

0,9957

720

8

0,697

1,40

1,0100

840

9

0,707

1,60

1,0400

960

10

0,728

1,80

1,0657

1080

11

0,746

2,00

1,0786

1200

12

0,755

2,20

1,1157

1320

13

0,781

2,40

1,1314

1440

14

0,792

2,60

1,1457

1560

15

0,802

2,80

1,1771

1680

16

0,824

3,00

1,1686

1800

17

0,818

2,80

1,1557

1680

18

0,809

2,60

1,1429

1560

19

0,800

2,40

1,1386

1440

20

0,797

2,20

1,1171

1320

21

0,782

2,00

1,1029

1200

22

0,772

1,80

1,0857

1080

23

0,760

1,60

1,0686

960

24

0,748

1,40

1,0600

840

25

0,742

1,20

1,0414

720

26

0,729

1,00

1,0186

600

27

0,713

0,80

0,9771

480

28

0,684

0,60

0,9514

360

29

0,666

0,40

0,9157

240

30

0,641

0,20

0,9157

120

31

0,610

0,00

0,8714

0

32

0,532

-0,20

0,7600

-120

33

0,447

-0,40

0,6386

-240

34

0,343

-0,60

0,4900

-360

35

0,050

-0,80

0,0714

-480

36

-0,268

-1,00

-0,3829

-600

37

-0,420

-1,20

-0,6000

-720

38

-0,515

-1,40

-0,7357

-840

39

-0,583

-1,60

-0,8329

-960

40

-0,636

-1,80

-0,9086

-1080

41

-0,679

-2,00

-0,9700

-1200

42

-0,727

-2,20

-1,0386

-1320

43

-0,760

-2,40

-1,0857

-1440

44

-0,795

-2,60

-1,1357

-1560

45

-0,816

-2,80

-1,1657

-1680

46

-0,831

-3,00

-1,1871

-1800

47

-0,826

-2,80

-1,1800

-1680

48

-0,818

-2,60

-1,1686

-1560

49

-0,810

-2,40

-1,1571

-1440

50

-0,805

-2,20

-1,1500

-1320

51

-0,800

-2,00

-1,1429

-1200

52

-0,791

-1,80

-1,1300

-1080

53

-0,782

-1,60

-1,1171

-960

54

-0,766

-1,40

-1,0943

-840

55

-0,752

-1,20

-1,0743

-720

56

-0,734

-1,00

-1,0486

-600

57

-0,712

-0,80

-1,0171

-480

58

-0,689

-0,60

-0,9843

-360

59

-0,660

-0,40

-0,9429

-240

60

-0,622

-0,20

-0,8886

-120

61

-0,563

0,00

-0,8043

0

62

-0,465

0,20

-0,6643

120

63

-0,385

0,40

-0,5500

240

64

-0,214

0,60

-0,3057

360

65

0,036

0,80

0,0514

480

66

0,314

1,00

0,4486

600

67

0,449

1,20

0,6414

720

68

0,529

1,40

0,7557

840

69

0,584

1,60

0,8343

960

70

0,625

1,80

0,8929

1080

71

0,671

2,00

0,9586

1200

72

0,701

2,20

1,0014

1320

73

0,733

2,40

1,0471

1440

74

0,766

2,60

1,0943

1560

75

0,789

2,80

1,1271

1680

76

0,808

3,00

1,1543

1800

iH

A

0,007

n

zw/m

600

γ

V/AT

100

0x01 graphic

H=n·im

Błędy obliczeń:

∆UH=0,001 [V]

∆im=0,01 [A]

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka