Sprawozdanie z ćwiczenia B 6

Arkadiusz Gruszka	Zespół nr 6.
Wydział Elektryczny	Ocena z przygotowania:
Czwartek 1115 - 1400	Ocena ze sprawozdania:
Data : 11-01-96	Zaliczenie:
Prowadzący:dr Andrzej Jaworski	Podpis:

Badanie właściwości magnetycznych ciał stałych.

Celem ćwiczenia jest określenie wpływu temperatury na magnetyczne

właściwości próbki ferromagnetyka oraz wyznaczenie temperatury Curie.

Podstawy fizyczne.

Ze względu na właściwości magnetyczne substancje dzielimy na diamagnetyki i

paramagnetyki. Diamagnetyki to substancje, których atomy nie posiadają własnego

momentu magnetycznego (wektorowa suma orbitalnych i spinowych momentów

magnetycznych elektronów jest równa zeru). Paramagnetyki natomiast są substancjami,

których moment magnetyczny jest różny od zera. Wśród nich można wyróżnić

ferromagnetyki, które są przedmiotem badań w doświadczeniu. Ich wyróżnienie z grupy

paramagnetykow wynika z faktu, iż są one substancjami o silnych własnościach magne-

tycznych. Ich namagnesowanie jest średnio 10⁹ razy większe niż namagnesowanie dia-

i paramangnetykow zaliczanych do kategorii magnetyków słabych.

W pewnych warunkach w kryształach mogą powstawać siły (nazywane siłami

wymiany), które powodują, że własne momenty magnetyczne elektronów ustawiają się

wzajemnie równolegle. W wyniku tego pojawiają się obszary spontanicznego namagne-

sowania nazywane domenami. W granicach każdej z domen ferromagnetyk jest

namagnesowany do nasycenia i ma określony moment magnetyczny. Kierunki tych

momentów są jednak różne i w związku z tym, bez zewnętrznego pola, wypadkowy

moment całego ciała jest równy bądź bliski zeru.

Z praw termodynamiki wynika, że układ pozostający w kontakcie cieplnym z

otoczeniem o danej temperaturze T jest stabilny, jeśli minimum osiąga jego energia

swobodna F określona jako F = U - T*S, gdzie U jest energią wewnętrzną, a S entropią układu będącą miarą jego nieuporządkowania. Dla danej temperatury T ustala się taka średnia liczba nieuporządkowanych momentów magnetycznych, aby energia swobodna osiągnęła minimum. Ze wzoru wynika, że im wyższa jest temperatura, tym F minimalne osiągane jest przy większym S,a więc i przy większym nieuporządkowaniu atomowych momentów magnetycznych.

Powyżej pewnej temperatury T_C , nazywanej temperaturą Curie, nieuporządko-

wanie atomowych momentów magnetycznych jest tak duże, że magnetyzacja spontanicz-

na znika i układ staje się paramagnetykiem. Wyznaczenie tej temperatury jest jednym

z zadań w wykonywanym ćwiczeniu.

Wyniki doświadczalne

Podgrzewanie próbki

Nr pomiaru	Napięcie [ mV ]	Temperatura [ C ]
1	15 ± 1.50	45 ±5
2	15 ± 1.50	170 ± 5
3	14 ± 1.40	189 ± 5
4	13 ± 1.30	208 ± 5
5	10 ± 1.00	220 ± 5
6	7.5 ± 0.75	223 ± 5
7	6 ± 0.60	227 ± 5
8	3 ± 0.30	230 ± 5
9	2 ± 0.20	242 ± 5
10	1 ± 0.10	245 ± 5
11	1 ± 0.10	253 ± 5
12	1 ± 0.10	264 ± 5

Interpolowany wykres danych z tabeli

[ V ]

Temperaturę Curie wyznaczamy z wykresu i określamy ją na 225 ± 10 [].

Podobne pomiary wykonaliśmy przy chłodzeniu próbki.

Chłodzenie próbki

Nr pomiaru	Napięcie [ mV ]	Temperatura [ C ]
1	0.50 ± 0.05	264 ± 5
2	0.50 ± 0.05	260 ± 5
3	2 ± 0.20	227 ± 5
4	3 ± 0.30	226 ± 5
5	5 ± 0.50	223 ± 5
6	8.5 ± 0.85	215 ± 5
7	13 ± 1.30	208 ± 5
8	20 ± 2	200 ± 5
9	24 ± 2.40	196 ± 5
10	29 ± 2.90	189 ± 5
11	38 ± 3.80	177 ± 5
12	44 ± 4.40	170 ± 5
13	46 ± 4.60	158 ± 5
14	47± 4.70	151 ± 5
15	48 ± 4.80	143± 5
16	50± 5	140± 5
17	50± 5	124± 5

Interpolowany wykres wartości z tabeli

[ V ]

[]

Wnioski

Zgodnie z instrukcją temperaturę Curie odczytano z wykresu spadku napięcia w

funkcji temperatury. Wynosi ona około 220 C . Pomiar jest obarczony dużym błędem,

gdyż pomiary graficzne nie są tak doskonałe jak pomiar bezpośredni, a pomiar

temperatury został wykonany z pomiaru napięcia i przeliczenia go za pomocą tablicy temperaturowej ferromagnetyka. Pomiary wykonane podczas chłodzenia próbki są nie-

dokładne ze względu na szybkie zmiany napięcia i duże błędy popełnione przez nas w czasie odczytu wskazań mierników.

Ćwiczenie , które wykonaliśmy umożliwiło nam znalezienie temperatury , w której ferromagnetyk staje się parramagnetykiem. Umożliwiło nam również zaobserwowanie zmian zachodzących w ferromagnetyku podczas jego ogrzewania i schładzania.

2

---