Wydział	Dzień/godz. PONIEDZIAŁEK 11.15-14.00			Nr zespołu
INŻYNIERIA ŚRODOWISKA	Data 28.04.2003			9
Nazwisko i Imię	Ocena z przygotowania		Ocena z sprawozdania		Ocena
1.Dorota Fischhof
2.Agata Górska 3.Marcin Gosiewski
Prowadzący:		Podpis
Dr Jastrzębski		prowadzącego

TEMAT: BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNYCH CIAŁ STAŁYCH

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest określenie wpływu temperatury na magnetyczne właściwości próbki ferromagnetyka, wyznaczenie temperatury Curie, badanie zmian magnetyzacji próbki w zewnętrznym polu magnetycznym oraz obserwacja pętli histerezy magnetycznej.

2.Opis teoretyczny

Polem magnetycznym nazywamy szczególną postać materii. W uproszczeniu możemy określić, że jest to obszar, w którym na naładowane, poruszające się cząstki działa siła zależna od iloczynu ładunku cząstki i jej prędkości.

Pole magnetyczne jest wytwarzane przez poruszające się ładunki . Tak więc pole magnetyczne wytwarzają wszelkie prądy, ale także elektrony w atomach wytwarzają pewien moment magnetyczny

Pole magnetyczne opisujemy przy pomocy następujących wielkości wektorowych:

* Indukcji magnetycznej B

* Natężenia pola magnetycznego H

* Namagnesowania (polaryzacji magnetycznej) M

Zależności między tymi wielkościami:

gdzie:

- przenikalność magnetyczna próżni (w układzie SI = 12.566.10-7 Vs/A)

u - względna przenikalność magnetyczna (liczba charakteryzująca własności magnetyczne substancji)

Pole magnetyczne oddziaływuje na różne ciała nadając im własności magnetyczne. Ciała te (zwane magnetykami) dzielimy na trzy grupy:

* Diamagnetyki (mają u mniejsze od 1 )

* Paramagnetyki (mają u nieco większe od jedności, przy czym u nie zależy od zewnętrznego pola)

* Ferromagnetyki (mają u>>1 przy czym u bardzo silnie zależy od zewnętrznego pola magnetycznego)

Ferromagnetyki charaktryzuja się tym, że ich własne (wewnętrzne) pole magnetyczne może setki i tysiące razy przekraczać wywołujące je zewnętrzne pole magnetyczne. Duża wartość namagnesowania tłumaczy się występowaniem w nich magnetycznego pola cząstkowego spowodowanego m.in. nieskompensowanym oddziaływaniem spinowych momentów magnetycznych elektronów w atomach sieci krystalicznej . W wyniku tego oddziaływania powstają tzw domeny magnetyczne, czyli obszary samoistnie namagnesowane, zachowujące się jak małe magnesiki. Namagnesowanie każdej domeny równa się namagnesowaniu nasycenia, czyli jest maksymalne.

Diamagnetyki i paramagnetyki należą do materiałów słabo magnetycznych, ich przenikalność magnetyczna jest bliska jedności.

Zazwyczaj poszczególne domeny są względem siebie zorientowane chaotycznie. Dopiero zewnętrzne pole magnetyczne porządkuje je, powodując ustawienie się domen anty-równolegle do zewnętrznego pola (to znaczy wzdłuż linii pola, ale z odwrotnie w stosunku do zewnętrznego pola ustawionymi biegunami). Prześledźmy magnesowanie próbki ferromagnetycznej umieszczonej w zewnętrznym polu magnetycznym H. Przebieg tego eksperymentu przedstawia poniższy wykres zależności

Jeśli próbka była początkowo rozmagnesowana (pkt. O) , zwiększanie natężenia zewnętrznego pola H powoduje wzrost indukcji wewnątrz próbki tak, jak przedstawia to fragment O-B-C wykresu. Jak widać istnieje taka wartość H pola (odpowiadająca punktowi B), powyżej której zwiększanie natężenia pola nie powoduje już wzrostu indukcji B. Próbka osiągnęła tzw. stan nasycenia. Mechanizm zjawiska jest następujący:

W miarę wzrostu zewnętrznego pola, domeny obracają się dążąc do ustawienia się wzdłuż linii pola, tym samym zwiększając wartość indukcji B (odcinek O-B). Kiedy już wszystkie domeny ustawią się wzdłuż linii pola ( punkt B wykresu), dalsze zwiększanie pola nie może już spowodować wzrostu indukcji (odcinek B-C). W miarę zmniejszania natężenia pola, następuje stopniowe rozmagnesowywanie próbki (wskutek drgań termicznych uporządkowanie domen zmniejsza się). Zachodzi ono wzdłuż krzywej C-B-D. Jak widać po wyłączeniu zewnętrznego pola próbka pozostaje częściowo namagnesowana (pkt. D). Tę wartość B (odpowiadającą punktowi D) nazywamy pozostałością magnetyczną próbki.

Aby rozmagnesować próbkę zupełnie, należy przyłożyć pole magnetyczne skierowane przeciwnie o pewnej wartości H. Tę wartość pola (odpowiadającą punktowi E), którą należy przyłożyć, aby zniwelować namagnesowanie próbki nazywamy polem koercji. Dalszy przebieg pętli przy przykładaniu pola ujemnego przebiega podobnie (tzn. znów dojdzie do nasycenia itd.).

Pole powierzchni ograniczone pętlą histerezy jest równe gęstości energii potrzebnej na prze-magnesowanie próbki (energii potrzebnej na prze-magnesowanie jednostki objętości próbki).

Powyżej pewnej temperatury , zwanej temperaturą Curie, nie-uporządkowanie atomowych momentów magnetycznych jest tak duże, że magnetyzacja spontaniczna znika i układ staje się paramagnetykiem. W okolicach temperatury Curie , gdzie znika uporządkowanie ferromagnetyczne, spadek napięcia U jest szczególnie gwałtowny.

3.Wykonanie ćwiczenia

Układ pomiarowy

Stopniowo podgrzewamy próbkę spiralą grzejną zasilaną zasilaczem . Mierzymy przy ustalonym natężeniu prądu cewki pierwotnej zależność napięcia w cewce wtórnej od temperatury próbki. Po podgrzaniu próbki powyżej temperatury Curie, obserwujemy powstanie plato, i następnie wyłączamy ogrzewanie próbki i podczas jej stygnięcia powtórnie mierzymy zależność przy tym samym ustalonym natężeniu prądu I cewki pierwotnej, jak w trakcie ogrzewania. Sporządzamy wykres zależności U(T) i ekstrapolując krzywą otrzymujemy wartość temperatury Curie.

Grzanie				Chłodzenie
Temp [^oC]	U [mV]			Temp [^oC]	U [mV]
22		0,466	210		0,02
36		0,463	208		0,02
38		0,456	206		0,02
39		0,459	204		0,02
40		0,463	202		0,02
45		0,458	200		0,021
50		0,464	198		0,021
55		0,467	196		0,022
60		0,463	194		0,022
65		0,463	192		0,023
70		0,463	190		0,024
75		0,456	188		0,025
80		0,461	186		0,026
85		0,462	184		0,027
90		0,462	182		0,03
95		0,462	180		0,032
100		0,463	175		0,04
105		0,46	170		0,053
110		0,462	165		0,068
115		0,458	160		0,088
120		0,461	155		0,11
122		0,458	150		0,144
124		0,456	145		0,185
126		0,457	140		0,234
128		0,456	135		0,287
130		0,457	130		0,35
132		0,455	125		0,386
134		0,454	120		0,415
136		0,453	115		0,425
138		0,45	110		0,44
140		0,45	105		0,445
142		0,449	100		0,445
144		0,447	95		0,454
146		0,446	90		0,457
148		0,444	85		0,458
150		0,442	80		0,459
152		0,437	75		0,457
154		0,44	70		0,457
156		0,437	65		0,458
158		0,435	60		0,459
160		0,427	55		0,46
162		0,425	50		0,461
164		0,422	45		0,461
166		0,402	40		0,457
168		0,391	35		0,455
170		0,375	30		0,459
172		0,355	27		0,455
174		0,32	25		0,46
176		0,284	22		0,465
178		0,24
180		0,217
182		0,198
184		0,182
186		0,164
188		0,145
190		0,124
192		0,105
194		0,086
196		0,068
198		0,054
200		0,042
202		0,034
204		0,028
206		0,024
208		0,022
210		0,02
215		0,022
220		0,02

Temperatura Curie ok. 203 ^oC

4.Wnioski

Metoda ta nie jest wystarczająco dokładna. Musimy w niej wziąć pod uwagę błędy niepewności pomiarowych (niedokładność aparatury) jak i błędy zastosowanej metody graficznej.

1

---