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. Obliczenia - Wykres

Ogrzewanie pręta:

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:

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

W teori załamanie wykresu powino być bardzo widoczne tak jak i kształt wykresyu powienien przypominac pętle chisteryzy niestety na skutek zbyt małej ilości czasu , błędu ludzkiego oraz błędu użądzeń pomiarowych wykres ten jest daleki od ideału .

Najłatwiejszym sposobem odczytania temperatury Curie jest odczytanie jej z wykresu jest to moment w którym wypuklenie wykresu zanika i zastępuje je wklęsłość . Jest to metoda niedokałdna i mająca duży błąd własciwy wynika to głównie z błędu odczytującego.

Do odczytania temperatury Curie i do spożadzenia wykresu Regresji liniowej wykożystano program obliczeniowy “Form 1“ ściągnięty ze strony „eStudent-serwis dla studentów“ dzięki niemu wylioczono trakże następujące wartości wspułczynika:

A=- 4,681 B=1,908

Oraz Błąd dokładności wynoszący +_4,2

Odczytawszy jednak temperaturę Curie z wykresu wynosi ona 154 C.

5. Błąd Pomiarowy

Pomiaru dokonano Miernikami o następujących Parametrach :

Cyfrowy miernik temperatury o ogulnym błęzie pomiaru +_ 3%

Mikroamperomiez klasy 2 zakresy 2μA

Obliczam dokładność Miliamperomieżą :

Niestety na dokładnośc pomiarów wpłynoł także człowiek gdyż nie zawsze pomiary były dojkładnie odczytywane , niestey sprzet także nie był doskonały więc dokładnośc pomiarów pozostawia wiele dożyczenia .

6. Podsumowanie

Wykonano 46 pomiarów (z czego połowa była przeprowadzona dla feryda chłodzącego się )

dla temperatury ferydu .

Uzyskana temperatura Curie to 154 C +_ 4,2 C.

Doświadczenie przeprowadzono na napięciu U=29,3 V i uzyskano najwyższa temperature 178 C.

Pomiary były małej dojkładności ze względu na niewielką ilośc czasu przeznaczonego na dane ćwiczenie oraz na niedokładnoś użadzenia uzysakny błąd pomiarowy jest po części szacowany wynika to z powyższych punktów .

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

---