Patryk Trocki
IwT
gr bI
Wyznaczanie temperatury Curie-ferrytu
TEORIA:
Polem magnetycznym nazywamy taki stan przestrzeni, w którym na poruszające się ładunki działają siły. Jest ono wytwarzane przez poruszające się ładunki pozostające w ruch uporządkowanym.
Podstawową wielkością charakteryzującą p. magnetyczne jest indukcja magnetyczna, określająca oddziaływanie pola na poruszający się ładunek. Zależy ona również od własności ośrodka i tak dla próżni wynosi ona:
W ośrodkach materialnych pole zewnętrzne oddziaływuje na elementarne obwody prądu związane ze spinem i ruchem orbitalnym elektronu, uporządkowując ich momenty magnetyczne w kierunku pola. W ten sposób powstaje pole dodatkowe, którego natężenie zwane namagnesowaniem równa się momentowi magnetycznemu jednostki objętości ciała:
, gdzie:
- liczba atomów w jednostce objętości uporządkowanych w kierunku pola,
- wypadkowy moment magnetyczny atomu.
Indukcja magnetyczna ciała wynosi zatem:
Indukcja magnetyczna może zostać również wyrażona następującym wzorem:
F - siła działająca w polu na przewodnik
I - natężenie prądu w tym przewodniku
l - długość przewodnika
Jest ona wielkością wektorową Kierunek tego wektora jest styczny do linii pola magnetycznego a zwrot wyznacza reguła prawej dłoni.
Stosunek namagnesowania do natężenia pola zewnętrznego nazywamy podatnością magnetyczną:
Ze względu na jej wartość i zależność od temperatury i natężenia pola dzielimy ciała na:
1. Diamagnetyki (ciała, np. gazy szlachetne, Zn, Cr, których atomy mają moment magnetyczny równy zeru, a orbity elektronów w zewnętrznym polu magnetycznym wykonują ruch precesyjny. Wytwarza on niewielki dodatkowy moment magnetyczny).
Paramagnetyki (np. powietrze, Al) - ciała, których atomy lub cząsteczki posiadają wypadkowy, różny od zera moment magnetyczny. Ciała te nie wykazują namagnesowania w nieobecności pola zewnętrznego. Podatność magnetyczna paramagnetyków jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej:
Wzór ten wyraża prawo Curie zgodnie z którym podatność magnetyczna paramagnetyków jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej. Jej wartość liczbowa jest rzędu 10-6-10-2.
3. Ferro-, ferri-, antyferromagnetyki (ciała o strukturze domenowej; domeny są to małe obszary, w obrębie których następuje spontaniczne uporządkowanie momentów magnetycznych tych ciał. W ferromagnetykach Fe, Co, Ni, momenty magnetyczne wewnątrz domeny są zgodnie skierowane, w związku z tym domeny mają własny silny moment magnetyczny.
Dla każdego ferromagnetyka istnieje określona temperatura
zwana temperaturą (punktem) Curie, w której ruch cieplny niszczy strukturę domenową i powoduje przejście materiału w stan paramagnetyczny. Inaczej mówiąc jest to temperatura powyżej której traci on swoje zdolności ferromagnetyczne. Podatność w tym stanie spełnia prawo Curie - Weisa
Inne wielkości określające p. magnetyczne:
- Strumień indukcji magnetycznej, wyrażony wzorem:
- Natężenie pola magnetycznego:
, gdzie:
- przenikalność magnetyczna próżni
Natężenie pola magnetycznego możemy wyrazić również wzorem Biota - Savarta:
zależy tylko od natężenia prądu i położenia
poszczególnych odcinków przewodnika, względem rozpatrywanego pola.
Przyrządy:
Układ pomiarowy (rdzeń ferrytowy, uzwojenie grzejne i pomiarowe, termopara).
Zasilacz napięcia zmiennego.
Multimetr.
Woltomierz cyfrowy.
Schemat:
Wykres:
Wykres przedstawia zależność UW (T).
Z wykresu odczytujemy wartość temperatury Curie ferrytu (odpowiadającą maksymalnej wartości UWmax) Następnie obliczam T1 i T2.
Obliczenia:
T1=415,04 T2=431,80
Szukam A i
:
Tabelka:
Um [mV] |
UW [V] |
|
T [K] |
[V] |
0 |
0,80 |
0 |
T0 =(210C) 294 |
0,033 |
1 |
0,82 |
18,62 |
312,62 |
0,037 |
2 |
0,81 |
37,24 |
331,24 |
0,042 |
3 |
0,82 |
55,87 |
349,87 |
0,050 |
4 |
0,83 |
74,49 |
368,49 |
0,060 |
5 |
0,84 |
93,11 |
387,11 |
0,077 |
5,1 |
0,84 |
94,97 |
388,97 |
0,079 |
5,2 |
0,84 |
96,83 |
390,83 |
0,081 |
5,3 |
0,84 |
98,70 |
392,70 |
0,083 |
5,4 |
0,83 |
100,56 |
394,56 |
0,086 |
5,5 |
0,84 |
102,42 |
396,42 |
0,088 |
5,6 |
0,85 |
104,28 |
398,28 |
0,091 |
5,7 |
0,85 |
106,15 |
400,15 |
0,094 |
5,8 |
0,85 |
108,01 |
402,01 |
0,097 |
5,9 |
0,85 |
109,87 |
403,87 |
0,101 |
6,0 |
0,85 |
111,7, |
405,73 |
0,104 |
6,1 |
0,85 |
113,59 |
407,59 |
0,108 |
6,2 |
0,85 |
115,46 |
409,46 |
1,908 |
6,3 |
0,82 |
117,32 |
411,32 |
1,146 |
6,4 |
0,79 |
119,18 |
413,18 |
0,819 |
6,5 |
0,64 |
121,04 |
415,04 |
0,637 |
6,6 |
0,52 |
122,90 |
416,90 |
0,522 |
6,7 |
0,45 |
124,77 |
418,77 |
0,441 |
6,8 |
0,41 |
126,63 |
420,63 |
0,382 |
6,9 |
0,38 |
128,49 |
422,49 |
0,337 |
7,0 |
0,36 |
130,35 |
424,35 |
0,302 |
7,1 |
0,33 |
132,22 |
426,22 |
0,273 |
7,2 |
0,30 |
134,08 |
428,08 |
0,249 |
7,3 |
0,26 |
135,94 |
429,94 |
0,229 |
7,4 |
0,22 |
137,80 |
431,80 |
0,212 |
7,5 |
0,19 |
139,66 |
433,66 |
0,198 |
7,6 |
0,16 |
141,53 |
435,53 |
0,185 |
7,7 |
0,14 |
143,39 |
437,39 |
0,174 |
7,8 |
0,13 |
145,25 |
439,25 |
0,164 |
7,9 |
0,12 |
147,11 |
441,11 |
0,155 |
8,0 |
0,12 |
148,98 |
442,98 |
0,147 |
1