Politechnika Śląska
Wydział AEiI
Laboratorium z fizyki
Wyznaczanie temperatury Curie ferrytów
Grupa 4., sekcja 7.
Wioletta Bujak
Arkadiusz Mazur
Andrzej ZwierzchowskiWstęp teoretyczny.
Temperatura Curie ( Tc ) jest to pewna temperatura krytyczna, powyżej której ferromagnetyki tracą swoje właściwości ferromagnetyczne i zaczynają wykazywać własności paramagnetyczne. Temperatura Curie wyrażona jest wzorem :
( e0c2kTc ) / ( mlMnas ) = 1
kTc - energia Boltzmana;
Mnas - namagnesowanie nasycenia;
l - stała Weissa (1/3 * 2600);
m - moment magnetyczny.
Ferromagnetyki są to magnetyki, dla których względna przenikalność magnetyczna jest bardzo duża ( rzędu setek i tysięcy ). Należą do nich między innymi nikiel, żelazo i kobalt. W ferromagnetykach występuje zjawisko spontanicznego namagnesowania. W pewnych obszarach atomy ustawiają się w tym samym kierunku względem ich momentów magnetycznych. Obszary te nazywane domenami mają w ferromagnetykach tendencję do uporządkowywania się wzdłuż linii zewnętrznego pola magnetycznego. Kiedy namagnesujemy substancję ferromagnetyczną umieszczając ją w zewnętrzym polu magnetycznym, można zaobserwować dwa efekty. Jednym z nich jest wzrost wielkości domen korzystnie zorientowanych kosztem domen o innej orientacji. Drugi efekt polega na tym, że kierunek orientacji wszystkich dipoli wewnątrz domeny może się się zmieniać jako całość, zbliżając się do kierunku pola. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta energia atomów. Powyżej temperatury Curie domeny ulegają zniszczeniu.
Temperatury Curie dla przykładowych ferromagnetyków :
Pierwiastek |
Temp. Curie [°C] |
Ni |
358 |
Fe |
770 |
Co |
1127 |
Ferryty to spieki posiadające zarówno właściwości ferromagnetyczne, jak i półprzewodnikowe. Charakteryzuje je stosunkowo duży ( w porównaniu do klasycznych materiałów ferromagnetycznych ) opór właściwy dochodzący nawet do 106 [W/cm], co skutecznie eliminuje straty na prądy wirowe.
Opis ćwiczenia.
Stanowisko pomiarowe przystosowane jest do wyznaczania temperatury Curie. Wyposażone jest ono w :
cewkę z rdzeniem ferrytowym;
cyfrowy miernik RLC;
drut oporowy realizujący grzanie;
termoparę podłączoną do miernika cyfrowego.
Cewka podłączona jest do miernika RLC. Termopara połączona jest z miernikiem cyfrowym, a jej koniec przylega do rdzenia ferrytowego. Drut oporowy używany jest do podgrzewania rdzenia.
Pomiar polega na jednoczesnym odczytywaniu temperatury i indukcyjności. Pomiar wykonywany jest takźe przy ochładzaniu ferrytu. Temperatura Curie badanego ferrytu zawiera się w granicach 100-200 [°C].
Wyniki doświadczenia.
Po naniesieniu na wykres zależności indukcyjności od temperatury otrzymujemy pętlę histerezy, gdzie górna linia pokazuje zmianę indukcyjności przy podgrzewaniu, natomiast dolna - przy schładzaniu.