Rok akademicki 1996/97

Rok akademicki 2004/05	Laboratorium z fizyki
Nr cwiczenia: 68	Temat: *Pomiar punktu Curie ferromagnetyków.*
Wydzial: B.iI.S. Kierunek: Budownictwo Grupa: 2.5/10	Imie i nazwisko: Karol Szulc
Data wykonania	Ocena	Data zaliczenia	Podpis
	T
	S

1. Zasada pomiaru.

Pomiar punktu Curie
wykonuj si w ukadzie przedstawionym na poniszym schemacie. Przez spiral grzejn S, któr stanowi uzwojenie pierwotne transformatora, przepywa prd zmienny o czstotliwoci f = 50 Hz i amplitudzie I
. Badany prt P, wykonany z ferromagnetyka umieszcza si wewntrz spirali. Cewka C poczona z miernikiem prdu indukowanego I
stanowi uzwojenie wtórne transformatora. Prd pyncy przez spiral powoduje nagrzewanie si prta ferromagnetycznego oraz powstawanie pola magnetycznego o nateniu:
, gdzie :

n- liczba zwojów spirali grzejnej na jednostk dugoci

t- czas

W materiale ferromagnetyka warto indukcji magnetycznej ze wzgldu na zaleno

a strumie wektora indukcji

, gdzie:

powierzchnia przekroju poprzecznego prta.

Zmiana strumienia w czasie powoduje SE indukcji w cewce wtórnej i N
liczbie zwojów:

lub prdu, w zwartym obwodzie wtórnym o amplitudzie:

, gdzie

Z- impedancja wewntrzna cewki.

Przy wyznaczaniu punktu Curie warto I
utrzymuje si sta, a wielkoci zalen od temperatury jest tylko przenikalno magnetyczna ferromagnetyka
. Wobec tego zaleno powysz mona przedstawi w postaci:

W temperaturach t < t
,
praktycznie pozostaje stae i dopiero po osigniciu tej temperatury, w zwizku z wykazywaniem przez ferromagnetyk waciwoci paramagnetycznych,
gwatownie maleje do wartoci bliskich 1, co powoduje równoczenie zmalenie prdu I
.

Atomy moemy podzieli na: diamagnetyczne i paramagnetyczne. W atomach pierwiastków zwanych diamagnetycznymi orbitalne i spinowe momenty magnetyczne wszystkich elektronów wchodzcych w skad atomu kompensuj si nawzajem i wobec tego w nieobecnoci zewntrznego pola magnetycznego taki atom nie wytwarza wasnego pola magnetycznego. W próbce zoonej z atomów diamagnetycznych, po umieszczeniu w zewntrznym polu magnetycznym
, wszystkie atomy uzyskuj moment magnetyczny skierowany przeciwnie ni
. Próbka wic zaczyna wytwarza wasne pole magnetyczne skierowane przeciwnie ni
. Innymi sowy, próbka magnesuje si przeciwnie do zewntrznego pola magnetycznego. Ciaa o tej waciwoci nazywamy diamagnetykami, do których przykadowo nale: bizmut, cynk, mied.

W atomach pierwiastków zwanych paramagnetycznymi kompensacja momentów magnetycznych na ogó nie jest cakowita. Substancja zbudowana z tych atomów w nieobecnoci zewntrznego pola magnetycznego nie wykazuje na ogó wypadkowego namagnesowania. Wynika to std, e momenty magnetyczne poszczególnych atomów s ustawione przypadkowo i pola magnetyczne wytwarzane przez kady z tych atomów wzajemnie si znosz. Próbka paramagnetyczna, umieszczona w zewntrznym polu magnetycznym, wytwarza wasne pole magnetyczne skierowane zgodnie z kierunkiem pola magnesujcego. Paramagnetykami s miedzy innymi takie substancje, jak aluminium, cyna, chrom, magnez.

Ferromagnetyki- substancje, które magnesuj si w zewntrznym polu magnetycznym bardzo silnie, a warto tego namagnesowania zaley nie tylko od wartoci pola magnesujcego, ale i od tego czy i jakie byo namagnesowanie wczeniej. Ferromagnetyzm jest waciwoci cia staych, a nie poszczególnych atomów.

2. Schemat ukadu pomiarowego.

0x01 graphic

Oznaczenia odnonie schematu:

C - cewka

S - spirala grzewcza

P - rdze ferromagnetyczny

3. Ocena dokadnoci pojedynczych pomiarów.

Dokadno pomiarowa przyrzdów uytych w wiczeniu:

a) amperomierz:

b) miliwoltomierz Multimeter 1331:

c) miliwoltomierz Digital voltmeter type V 541:

4. Tabela pomiarowa.

Napicie termopary E [mV]	Napicie na uzwojeniu wtórnym U [mV]	Temperatura T [°C]
3	101	85
5	101	105
7	103	155
9	104	195
11	106	225
13	109	265
15	112	295
17	116	335
17,1	117	335
17,2	117	335
17,3	117	335
17,4	118	345
17,5	118	345
17,6	118	345
17,7	119	345
17,8	119	345
17,9	120	345
18	120	355
18,1	120	355
18,2	116	355
18,3	100	355
18,4	80	355
18,5	67	355
18,6	60	365
18,7	54	365
18,8	50	365
18,9	48	365
19	46	365

5. Przykadowe obliczenia wyników pomiarów wielkoci zoonej.

Z uwagi na charakter pomiarów dokonywanych w wiczeniu, nie zachodzia potrzeba obliczania jakiejkolwiek wielkoci zoonej.

6. Rachunek bdów.

Za bd pomiaru temperatury Curie mona przyj poow dziaki termometru, czyli

0,5 °C.

7. Wykresy.

Napicie na uzwojeniu.

0x01 graphic

Temperatura.

0x01 graphic

8. Zestawienie wyników pomiarów.

Temperatura Curie badanej próbki ferromagnetycznej wyniosa:

9. Uwagi i wnioski.

Po przeprowadzeniu dowiadczenia otrzymalimy warto temperatury 355
C, po przekroczeniu, której napicie na uzwojeniu wtórnym gwatownie spada. Jest to wielko zwana temperatur Curie. Na podstawie tablic mona okreli badan próbk jako nikiel, który poniej temperatury 355
C zachowuje waciwoci ferromagnetyczne (magnetyczne), a po przekroczeniu tej temp. staje si paramagnetykiem. Zjawisko to tumaczy si tym, e ruch cieplny czsteczek ferromagnetyka staje si tak intensywny, e powoduje rozpad obszarów namagnesowania. Przy tym ferromagnetyk oprócz swoich waciwoci zmianie ulega jego pojemno cieplna, przewodno elektryczna i szereg innych cech fizycznych. Procesowi temu zachodzcemu w punkcie Curie nie towarzyszy wydzielanie lub pochanianie ciepa.

Rejestrujc wyniki z przyrzdów naleao wzi pod uwag, e „zimne” zcze termoelementu nie ma temperatury 0
C, wic do otrzymanych wartoci naleao doda zarejestrowan rónic temperatury 25
C.

Uycie bardzo dokadnych mierników wpyno korzystnie na dokadno przeprowadzonych pomiarów.