Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

SPRAWOZDANIE 4

(BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNYCH CIAŁ STAŁYCH)

Mikołaj Frankiewicz

Tomasz Madejski

Rafał Rodziewicz

Nr zespołu: 7

Grupa 5 Semestr II

R.A. 2006/07

I. CEL ĆWICZENIA

Celem laboratorium było zbadanie wpływu temperatury na właściwości magnetyczne ferromagnetyka, jak również wykreślenie pętli histerezy a także wyznaczenie temperatury Curie.

II. WPROWADZENIE

Zachowanie się ciała w zewnętrznym polu magnetycznym umożliwia klasyfikację ze względu na jego właściwości magnetyczne. Reakcją danego ciała na pole magnetyczne jest magnetyzacja, którą określamy wzorem :

, gdzie:

p_m- i-ty moment magnetyczny

V - objętość

Wzór ten należy rozumieć jako wektorową sumę momentów magnetycznych przypadających na jednostkę objętości.

W wyniku magnetyzacji ciało wytwarza własne pole w wyniku czego wypadkowy wektor indukcji B wewnątrz ciała jest równy wektorowej sumie indukcji w próżni - B₀ , oraz polaryzacji magnetycznej ośrodka (μ₀*M). Zależność tę możemy przedstawić wzorem:

B=B₀ + μ₀₁ ·M=

, gdzie:

μ₀ - przenikalność magnetyczna próżni

μ - przenikalność magnetyczna danego ośrodka

H - natężenie zewnętrznego pola magnetycznego

χ - podatność magnetyczna

M - magnetyzacja

Ogólnie magnetyki dzielimy na:

• nieuporządkowane (magnetyzm indukowany, nietrwały,dla H
  0 ) które dzielimy jeszcze na: diamagnetyki(antyrównoległe wektory M i H) i paramagnetyki (równoległe wektory M i H)

• uporządkowane (magnetyzm spontaniczny, trawały, również dla H = 0) które dzielą się jeszcze na: ferromagnetyki, antyferromagnetyki, ferrimagnetyki i struktury niekolinearne.

Aby zrozumieć przebieg naszego doświadczenia musimy wiedzieć jeszcze, że podatność magnetyczną paramagnetyków w zależności od temperatury określa wzór Curie-Weissa:

, gdzie:

C - stała Curie

T - temperatura

Θ - paramagnetyczna temperatura Curie

W naszym doświadczeniu mieliśmy do czynienia z próbką ferromagnetyka, który min. tym wyróżnia się z pośród pozostałych magnetyków, że wewnętrzne pole magnetyczne może przewyższać, setki, tysiące, a w przypadku specjalnych stopów nawet miliony razy wywołujące je zewnętrzne pole magnetyczne.

Tak więc ferromagnetyki charakteryzują się bardzo dużą wartością podatności magnetycznej zależną od zewnętrznego pola magnetycznego oraz od temperatury otoczenia. Ferromagnetyki osiągają często stan nasycenia namagnesowania pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego o bardzo małym natężeniu (rzędu 10 A/m). Po usunięciu zewnętrznego pola ferromagnetyki zachowują stan namagnesowania zwany pozostałością magnetyczną. Ferromagnetyki swe osobliwe właściwości magnetyczne tracą w pewnej temperaturze (T_C) nazywanej punktem ferromagnetycznym Curie. W temperaturze tej ferromagnetyzm ( czyli spontaniczne ustawienie zgodnych kierunków i zwrotów momentów magnetycznych pod wpływem czynnika porządkującego) zostaje zniszczony przez wzbudzenia termiczne i w wyższych temperaturach ferromagnetyki zachowują się jak paramagnetyki. Jednak w obszarze ferromagnetycznego punktu Curie krzywe doświadczalne podatności magnetycznej przebiegają powyżej linii prostej określonej prawem Curie-Weissa.

Dzięki nowoczesnej technologii nie musieliśmy obliczać napięcia z wzoru:

robił to za nas komputer według powyższego wzoru, w którym:

Z - ilości zwojów, S - powierzchni przekroju cewki,
- szybkość zmian pola magnetycznego.

III. WYKONANIE ĆWICZENIA

Rozpoczynamy grzanie ferromagnetyka i zapisujemy punkty pomiarowe, zwiększając co pewien okres czasu moc grzałki, w celu zachowania stałego wzrostu temperatury. W momencie zaobserwowania gwałtownego spadku napięcia rejestrowanego zwiększamy gęstość zapisu punktów.

Temperaturę danego ferromagnetyka zwiększamy dzięki mocy grzałki i zapisujemy wyniki napięcia dla danej temperatury. W chwili momentalnego spadku napięcia zmniejszamy odstęp pomiędzy kolejnymi wynikami.

IV. TABELE Z WYNIKAMI I WYKRESY

Tabela z pomiarami:

Temperatura [°C]			U [mV]
23	±	0,69	0,631	±	0,0095
29	±	0,87	0,626	±	0,0094
32	±	0,96	0,625	±	0,0094
40	±	1,20	0,622	±	0,0093
45	±	1,35	0,621	±	0,0093
50	±	1,50	0,620	±	0,0093
55	±	1,65	0,618	±	0,0093
60	±	1,80	0,614	±	0,0092
65	±	1,95	0,614	±	0,0092
70	±	2,10	0,610	±	0,0092
75	±	2,25	0,607	±	0,0091
80	±	2,40	0,602	±	0,0090
85	±	2,55	0,601	±	0,0090
90	±	2,70	0,597	±	0,0090
95	±	2,85	0,592	±	0,0089
100	±	3,00	0,588	±	0,0088
105	±	3,15	0,583	±	0,0087
110	±	3,30	0,576	±	0,0086
115	±	3,45	0,571	±	0,0086
120	±	3,60	0,562	±	0,0084
125	±	3,75	0,552	±	0,0083
130	±	3,90	0,542	±	0,0081
135	±	4,05	0,530	±	0,0080
140	±	4,20	0,517	±	0,0078
145	±	4,35	0,504	±	0,0076
150	±	4,50	0,488	±	0,0073
155	±	4,65	0,475	±	0,0071
160	±	4,80	0,456	±	0,0068
165	±	4,95	0,438	±	0,0066
170	±	5,10	0,412	±	0,0062
175	±	5,25	0,374	±	0,0056
180	±	5,40	0,315	±	0,0047
185	±	5,55	0,237	±	0,0036
185	±	5,55	0,236	±	0,0035
186	±	5,58	0,222	±	0,0033
187	±	5,61	0,212	±	0,0032
187	±	5,61	0,200	±	0,0030
188	±	5,64	0,193	±	0,0029
189	±	5,67	0,183	±	0,0027
189	±	5,67	0,172	±	0,0026
190	±	5,70	0,166	±	0,0025
190	±	5,70	0,155	±	0,0023
191	±	5,73	0,148	±	0,0022
192	±	5,76	0,137	±	0,0021
193	±	5,79	0,125	±	0,0019
194	±	5,82	0,117	±	0,0018
195	±	5,85	0,113	±	0,0017
196	±	5,88	0,100	±	0,0015
197	±	5,91	0,095	±	0,0014
198	±	5,94	0,092	±	0,0014
199	±	5,97	0,084	±	0,0013
200	±	6,00	0,079	±	0,0012
201	±	6,03	0,072	±	0,0011
202	±	6,06	0,069	±	0,0010
202	±	6,06	0,066	±	0,0010
203	±	6,09	0,063	±	0,0009
204	±	6,12	0,057	±	0,0009
205	±	6,15	0,054	±	0,0008
206	±	6,18	0,049	±	0,0007
207	±	6,21	0,047	±	0,0007
208	±	6,24	0,044	±	0,0007
209	±	6,27	0,042	±	0,0006
210	±	6,30	0,041	±	0,0006
211	±	6,33	0,039	±	0,0006
212	±	6,36	0,037	±	0,0006
213	±	6,39	0,036	±	0,0005
214	±	6,42	0,035	±	0,0005
215	±	6,45	0,034	±	0,0005
216	±	6,48	0,033	±	0,0005
217	±	6,51	0,032	±	0,0005
218	±	6,54	0,031	±	0,0005
219	±	6,57	0,029	±	0,0004
220	±	6,60	0,03	±	0,0005
222	±	6,66	0,029	±	0,0004
223	±	6,69	0,029	±	0,0004
224	±	6,72	0,028	±	0,0004
225	±	6,75	0,028	±	0,0004
226	±	6,78	0,027	±	0,0004

Wykres spadku napięcia od temperatury:

Kwadraty błędu są bardzo małe, tak, więc często pokrywają się z punktami lub zlewają się.

Tabela z pomiarami, gdzie zauważono większy spadek napięcia:

Wyznaczanie temperatury Curie
Temperatura [°C]			U [mV]			1/U [1/mV]
175	±	5,25	0,374	±	0,0056	2,674	±	0,0401
180	±	5,40	0,315	±	0,0047	3,175	±	0,0476
185	±	5,55	0,237	±	0,0036	4,219	±	0,0633
185	±	5,55	0,236	±	0,0035	4,237	±	0,0636
186	±	5,58	0,222	±	0,0033	4,505	±	0,0676
187	±	5,61	0,212	±	0,0032	4,717	±	0,0708
187	±	5,61	0,200	±	0,0030	5,000	±	0,0750
188	±	5,64	0,193	±	0,0029	5,181	±	0,0777
189	±	5,67	0,183	±	0,0027	5,464	±	0,0820
189	±	5,67	0,172	±	0,0026	5,814	±	0,0872
190	±	5,70	0,166	±	0,0025	6,024	±	0,0904
190	±	5,70	0,155	±	0,0023	6,452	±	0,0968
191	±	5,73	0,148	±	0,0022	6,757	±	0,1014
192	±	5,76	0,137	±	0,0021	7,299	±	0,1095
193	±	5,79	0,125	±	0,0019	8,000	±	0,1200
194	±	5,82	0,117	±	0,0018	8,547	±	0,1282
195	±	5,85	0,113	±	0,0017	8,850	±	0,1327
196	±	5,88	0,100	±	0,0015	10,000	±	0,1500
197	±	5,91	0,095	±	0,0014	10,526	±	0,1579
198	±	5,94	0,092	±	0,0014	10,870	±	0,1630
199	±	5,97	0,084	±	0,0013	11,905	±	0,1786
200	±	6,00	0,079	±	0,0012	12,658	±	0,1899
201	±	6,03	0,072	±	0,0011	13,889	±	0,2083
202	±	6,06	0,069	±	0,0010	14,493	±	0,2174
202	±	6,06	0,066	±	0,0010	15,152	±	0,2273
203	±	6,09	0,063	±	0,0009	15,873	±	0,2381
204	±	6,12	0,057	±	0,0009	17,544	±	0,2632
205	±	6,15	0,054	±	0,0008	18,519	±	0,2778

Wykres, z którego odczytujemy wartość temperatury Curie( w °C ):

Kwadraty błędu są bardzo małe, tak, więc często pokrywają się z punktami lub zlewają się.

Z wykresu jesteśmy wstanie stwierdzić, że temperatura Curie wynosi ok. 178 °C

.

V. Wnioski

Wyznaczona przez nas temperatura Curie wynosi
, po osiągnięciu tej temperatury ferromagnetyk traci swoje właściwości ferromagnetyka i zachowuje się jak paramagnetyk. Jest to spowodowane wzrostem miary nieuporządkowania.

Wymiar różni się od prawdziwej wartości Tc z powodu niedokładności sprzętu, jak i błędu wynikającego z odczytania wyniku z wykresu.

- 6 -

---