Wydział	Dzień/godz. Poniedziałek 11^15-14^00			Nr zespołu
Inżynierii Środowiska	Data 23.04.2007r.			18
Nazwisko i Imię	Ocena z przygotowania		Ocena z sprawozdania		Ocena
1.Agnieszka Zawadka
2. Weronika Zdrojkowska
3. Anna Bancerz
Prowadzący:		Podpis
		prowadzącego

Badanie własności magnetycznych ciała stałych

I. CEL ĆWICZENIA

Celem laboratorium było zbadanie wpływu temperatury na właściwości magnetyczne ferromagnetyka, oraz wyznaczenie temperatury Curie.

II. WPROWADZENIE

Właściwości magnetyczne ciała zależą od jego struktury atomowej, w szczególności zaś od konfiguracji elektronowej. Elektrony, posiadające elementarne momenty magnetyczne poruszają się wokół jądra, więc właściwości agnetyczne ciała zależą zarówno od ich ruchu postępowego (chodzi o kształt orbitali elektronowej), jak i obrotowego (tu chodzi spin elektronu). Jeżeli kształt orbitali jest wydłużony (np. ósemkowaty) oraz jest na nim większa liczba elektronów niesparowanych, ciało wykazuje silniejsze właściwości magnetyczne. Z uwagi na różne zachowanie się ciała w zewnętrznym polu magnetycznym, wyróżnia się: ferromagnetyki, paramagnetyki i diamagnetyki. Ferromagnetyki mają tę właściwość, że wewnątrz nich spontanicznie tworzą się struktury uporządkowane pod względem magnetycznym, tzw. domeny. Pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego, domeny mogą układać się wzdłuż linii pola, nadając właściwości magnetyczne całemu ciału. Przenikalność magnetyczna ferromagnetyków może być dużo większa od jedności. Paramagnetyki charakteryzują się tym, że nie tworzą wewnętrznych domen, a w zewnętrznym polu magnetycznym ich atomy dążą do ustawienia się w taki sposób, aby ich momenty magnetyczne były skierowane wzdłuż linii pola, a ich wypadkowy moment magnetyczny jest różny od zera. Przenikalność magnetyczna paramagnetyków jest większa od jedności, ale w przeciwieństwie do ferromagnetyków niewiele większa. Diamagnetyki w obecności zewnętrznego pola magnetycznego wytwarzają wewnątrz pole skierowane przeciwnie, a ich przenikalność magnetyczna jest mniejsza od jedności. Właściwości magnetyczne ferromagnetyka ściśle zależą od jego temperatury - im jest ona wyższa, tym ruchliwsze stają się atomy, co pociąga za sobą zakłócenie uporządkowania momentów magnetycznych. Temperatura Curie, którą należy w tym ćwiczeniu wyznaczyć, jest temperaturą, przy której zanika uporządkowanie wewnętrzne w domenach, a ferromagnetyk zyskuje właściwości paramagnetyka.

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]
21	±	5	464	±	12
26	±	5	462	±	12
31	±	5	464	±	12
36	±	5	463	±	12
41	±	5	464	±	12
46	±	5	465	±	12
51	±	5	464	±	12
56	±	5	463	±	12
61	±	5	462	±	12
66	±	5	461	±	12
71	±	5	459	±	12
76	±	5	459	±	12
81	±	5	457	±	12
86	±	5	455	±	12
91	±	5	456	±	12
96	±	5	447	±	12
101	±	6	437	±	12
106	±	6	416	±	11
109	±	6	366	±	10
110	±	6	340	±	10
111	±	6	313	±	10
112	±	6	287	±	9
113	±	6	256	±	9
114	±	6	192	±	8
115	±	6	172	±	8
116	±	6	151	±	7
117	±	6	110	±	7
118	±	6	74	±	6
119	±	6	40	±	6
120	±	6	30	±	5
121	±	6	25	±	5
122	±	6	24	±	5
123	±	6	23	±	5
124	±	6	22	±	5
125	±	6	21	±	5
126	±	6	21	±	5
127	±	6	20	±	5
128	±	6	20	±	5
129	±	6	19	±	5
130	±	6	19	±	5
131	±	6	18	±	5
132	±	6	18	±	5
133	±	6	17	±	5
134	±	6	17	±	5

• Błąd pomiaru temperatury ∆T obliczamy ze wzoru:

∆T= 0,5% wartości pomiaru + 5 cyfra na ostatniej pozycji wyświetlacza

• Błąd pomiaru napięcia ∆U liczymy ze wzoru:

∆U=1,5% wartości pomiaru + 5 cyfra na ostatniej pozycji wyświetlacza

Z wykresu wnioskujemy, iż ze wzrostem temperatury mierzone napięcie maleje, wiec również maleje wielkość magnetyzacji spontanicznej w domenach i wartość magnetyzacji próbki. W okolicach temperatury Curie, gdzie znika uporządkowanie ferromagnetyczne, spadek napięcia jest szczególnie gwałtowny.

Kolejny wykres zależności napięcia od temperatury obrazuje nam obszar ze znacznym spadkiem napięcia:

Na wykresie tym został przedstawiony przedział, w którym zaobserwowano gwałtowny spadek napięcia. Pozwala to odczytać przybliżoną wartość temperatury Curie. W tym celu bierzemy pod uwagę styczne w punktach, i wybieramy tę, która tworzy z osią poziomą kąt najbardziej zbliżony do 90^o (punkt przegięcia wykresu). W naszym przypadku odpowiada temu punkt w temperaturze 114^oC, zatem uwzględniając błąd pomiarowy 6^oC

Temperatura Curie wynosi T_c= 114^oC ± 6^oC

Tabela z pomiarami, gdzie zauważono większy spadek napięcia:

Wyznaczanie temperatury Curie
Temperatura [°C]			U [mV]			1/U [1/mV]
109	±	6	366	±	10	0,003	±	0,005
110	±	6	340	±	10	0,003	±	0,005
111	±	6	313	±	10	0,003	±	0,005
112	±	6	287	±	9	0,003	±	0,005
113	±	6	256	±	9	0,004	±	0,005
114	±	6	192	±	8	0,005	±	0,005
115	±	6	172	±	8	0,006	±	0,005
116	±	6	151	±	7	0,007	±	0,005
117	±	6	110	±	7	0,009	±	0,005
118	±	6	74	±	6	0,014	±	0,005
119	±	6	40	±	6	0,025	±	0,005
120	±	6	30	±	5	0,033	±	0,006
121	±	6	25	±	5	0,040	±	0,006
122	±	6	24	±	5	0,042	±	0,006

Otrzymany wykres odpowiada funkcji

Z wykresu odczytujemy przybliżoną wartość temperatury teta, która w tym wypadku wynosi 117°C. Jest to miejsce w którym styczna do wykresu przecina oś temperatury. Uwzględniając błąd pomiarowy 6^oC

Temperatura teta wynosi:
= 117 °C±6^oC

V. Wnioski

Temperatura curie różni się nieznacznie od temperatury teta, ale różnica ta mieści się w granicach niepewności wyznaczenia tych temperatur.

Dokładność wyznaczenia temperatur: curie oraz teta jest w głównej mierze zależna od dokładności pomiaru temperatury przyrządem użytym w doświadczeniu.

Zaobserwowaliśmy, że wraz ze wzrostem temperatury maleje napięcie indukowane w cewce wtórnej, tak więc maleje jej indukcyjność

5

---