Bartłomiej Markowski 22.12.2005
I RAT grupa B
SPRAWOZDANIE 3.
Wyznaczanie temperatury Curie ferrytu.
Wprowadzenie.
Zgodnie z uogólnionym prawem Ampere'a, uporządkowany ruch ładunków elektrycznych lub poruszające się naładowane ciała, a także zmienne w czasie pola elektryczne są źródłem pola magnetycznego. Naturalną cechą tego pola jest zdolność do oddziaływania na poruszające się ładunki elektryczne. Ładunek q, poruszający się z prędkością v, doznaje ze strony pola magnetycznego działania siły określonej prawem Lorentza:
definiującym podstawowy parametr pola - wektor indukcji magnetycznej B. Za pośrednictwem tego wektora definiujemy wektor natężenia pola magnetycznego:
Wektor indukcji B pola wypadkowego jest wektorową sumą pola zewnętrznego i wewnętrznego:
Na podstawie prawa Ampere'a, można dowieść, że indukcja wewnętrzna jest proporcjonalna do namagnesowania:
Ze względu na właściwości magnetyczne ciał dzielimy je na trzy zasadnicze grupy:
diamagnetyki - ich przenikalność magnetyczna jest bliska jedności i nie zależy od temperatury. Właściwości ciał są bardzo słabe i obserwujemy je tylko w przypadku, gdy ciało nie jest paramagnetykiem ani ferromagnetykiem. Są to gazy szlachetne, niektóre jony o konfiguracji podobnej do gazów szlachetnych i większość związków organicznych.
paramagnetyki - ich przenikalność jest bliska jedności i zależy od temperatury. Właściwości paramagnetyczne wykazują te atomy i cząsteczki, które mają nieparzystą liczbę elektronów tj. Na, K, Cr, Mn, Fe, Al, NO oraz cząsteczkowy tlen, azot i powietrze.
ferromagnetyki - tu pole wewnętrzne nie jest indukowane polem zewnętrznym i może być od niego tysiące razy silniejsze. Przenikalność zależy od temperatury i natężenia zewnętrznego pola magnetycznego. Istnieje tylko dziewięć pierwiastków ferromagnetycznych m.in. żelazo, nikiel i kobalt.
Doświadczenie.
Do wykonania poniższego doświadczenia wykorzystaliśmy układ pomiarowy (rdzeń ferrytowy, uzwojenie grzejne i pomiarowe, termopara), zasilacz napięcia zmiennego, multimetr, oraz woltomierz cyfrowy.
Po uprzednim zestawieniu i sprawdzeniu układu zgodnie ze schematem, sprawdziliśmy temperaturę pomieszczenia, która wynosiła:
Następnie odczytywaliśmy wskazania Um multimetru (termopara) i odpowiadające im wskazania Uw (uzwojenie wtórne). Korzystając ze wzoru:
obliczyliśmy kolejne temperatury T ferrytu (dane zawarte są w tabeli).
Z wykresu zależności UW(T) (strona 4) odczytaliśmy temperaturę Curie Θ ferrytu odpowiadającą maksymalnej wartości UWmax oraz temperatury T1 i T2 odpowiadające punktom wykresu, w którym wartość Uw spada do U1=0,75* UWmax i U2=0,25* UWmax:
Z układu równań wyznaczyliśmy parametry A i Θ oraz ich wartości:
Po przyrównaniu Θ i Θ' okazuje się, że wartości są do siebie zbliżone:
Dla temperatur spełniających warunek T>Θ' obliczyliśmy napięcia wg wzoru:
Um [mV] |
Uw [V] |
T [K] |
Tw' [V] |
0 |
0,84 |
24,00 |
|
1 |
0,84 |
42,62 |
|
2 |
0,84 |
61,24 |
|
3 |
0,84 |
79,87 |
|
4 |
0,86 |
98,49 |
|
5 |
0,86 |
117,11 |
|
5,1 |
0,86 |
118,97 |
|
5,2 |
0,86 |
120,83 |
|
5,3 |
0,86 |
122,70 |
|
5,4 |
0,85 |
124,56 |
|
5,5 |
0,85 |
126,42 |
|
5,6 |
0,86 |
128,28 |
|
5,7 |
0,86 |
130,15 |
|
5,8 |
0,86 |
132,01 |
|
5,9 |
0,87 |
133,87 |
5,59 |
6 |
0,81 |
135,73 |
2,04 |
6,1 |
0,74 |
137,59 |
1,25 |
6,2 |
0,6 |
139,46 |
0,90 |
6,3 |
0,52 |
141,32 |
0,70 |
6,4 |
0,46 |
143,18 |
0,58 |
6,5 |
0,42 |
145,04 |
0,49 |
6,6 |
0,4 |
146,91 |
0,42 |
6,7 |
0,38 |
148,77 |
0,37 |
6,8 |
0,36 |
150,63 |
0,34 |
6,9 |
0,34 |
152,49 |
0,30 |
7 |
0,32 |
154,35 |
0,28 |
7,1 |
0,3 |
156,22 |
0,26 |
7,2 |
0,26 |
158,08 |
0,24 |
7,3 |
0,22 |
159,94 |
0,22 |
7,4 |
0,18 |
161,80 |
0,21 |
7,5 |
0,15 |
163,66 |
0,19 |
7,6 |
0,13 |
165,53 |
0,18 |
7,7 |
0,11 |
167,39 |
0,17 |
7,8 |
0,09 |
169,25 |
0,16 |
7,9 |
0,09 |
171,11 |
0,16 |
8 |
0,08 |
172,98 |
0,15 |
Tabela zawierająca wyniki pomiarów i obliczeń
3
μr - względna przenikalność magnetyczna ośrodka