Ćwiczenie nr 68. Pomiar punktu Curie ferromagnetyków.
str. 1
Ćwiczenie nr 68.
Pomiar punktu Curie ferromagnetyków.
Cel ćwiczenia:
Poznanie jednej z metod wyznaczania temperatury Curie - metody transformatorowej.
Zagadnienia teoretyczne:
1. Klasyfikacja ciał magnetycznych.
2. Wpływ temperatury na własności ferromagnetyczne, temperatura Curie.
3. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej, transformator.
Zagadnienia elementarne:
Metoda pomiaru
Pomiar punktu Curie
t
c
wykonuje się w układzie przedstawionym na rys. 68.1. Przez spiralę
grzejną S, którą stanowi uzwojenie pierwotne transformatora, przepływa prąd zmienny o
częstotliwości f = 50 Hz i amplitudzie I
1
. Badany pręt P, wykonany z ferromagnetyka
umieszcza się wewnątrz spirali. Cewka C połączona z miernikiem M
2
prądu indukowanego
I
2
, stanowi uzwojenie wtórne transformatora. Prąd płynący przez spiralę powoduje nagrze-
wanie się pręta ferromagnetycznego oraz powstawanie pola magnetycznego o» natężeniu:
H = I
1
n
1
cos(2πft)
gdzie:
n
1
- liczba zwojów spirali grzejnej na jednostkę długo-
ści,
t - czas.
W materiale ferromagnetyka wartość indukcji magnetycznej ze względu na zależność
B = μμ
o
H wynosi:
B = μμ
o
I
1
n
1
cos(2πft)
a strumień wektora indukcji:
gdzie:
A - powierzchnia przekroju poprzecznego pręta.
Spis Treści:
1.
Cel ćwiczenia
2. Zagadnienia teoretyczne
3. Zagadnienia elementarne
4. Metoda pomiaru
5. Pomiary
6.
Opracowanie wyników
Ćwiczenie nr 68. Pomiar punktu Curie ferromagnetyków.
str. 2
Zmiana strumienia w czasie powoduje SEM indukcji w cewce wtórnej i N
2
liczbie zwojów:
lub prądu, w zwartym obwodzie wtórnym o amplitudzie:
(68.1)
gdzie :
Z - impedancja wewnętrzna cewki.
Przy wyznaczaniu punktu Curie wartość
I
1
, utrzymuje się stałą, a wielkością zależną od
temperatury jest tylko przenikalność magnetyczna ferromagnetyka µ. Wobec tego zależność
(68.1) można przedstawić w postaci:
I
2
= const
.
µ
W temperaturach
t < t
c
, µ praktycznie pozostaje stałe i dopiero po osiągnięciu tej tempera-
tury, w związku z wykazywaniem przez ferromagnetyk właściwości paramagnetycznych,
µ
gwałtownie maleje do wartości bliskich 1, co powoduje równocześnie zmalenie prądu I
2
.
Pomiary
Rys. 68.1.
Układ pomiarowy do wyznaczania punktu Curie.
1. Budujemy obwód wg schematu na rys. 68.1.
2. Za pomocą autotransformatora ustawiamy wartość prądu I
1
równą 2,8 A.
Wartość tego prądu utrzymujemy niezmienną w czasie całego ćwiczenia.
3. Sprawdzamy zamocowanie termoelementu i zamykamy drugi koniec rury szkla-
nym korkiem.
4. Mierzymy napięcie na uzwojeniu wtórnym U w funkcji napięcia termopary E aż do
zaobserwowania gwałtownego spadku napięcia na uzwojeniu wtórnym.
5. Ponieważ w pierwszej fazie pomiarów temperatura (a tym samym napięcie termo-
pary) bardzo szybko wzrasta, zaleca się by w czasie szybkiego wzrostu napięcia
termopary E (w przedziale 4 - 16 mV) rejestrować wyniki co 2 mV napięcia termo-
pary, powyżej zaś co 0,1 mV (do około 19 mV).
Ćwiczenie nr 68. Pomiar punktu Curie ferromagnetyków.
str. 3
6. Wyniki zestawić w tabeli 68.1.
Uwaga:
1. Po zakończeniu pomiarów wyłączyć zasilanie I
1
= 0.
2. W początkowym przedziale wartości E (0 - 4 mV) wskazania zmieniają się bardzo szybko
i ich rejestrację można pominąć.
Tab. 68.1.
Wyniki pomiarów.
Napięcie na uzwojeniu
wtórnym U [mV]
Napięcie termopary
E [mV]
4
6
…
…
16
16,1
16,2
…
…
18,5
Temperatura tc [
0
C]
Tab. 68.2. Charakterystyka termometryczna termoelementu Fe -
konstantan według
PN-59/M-53854 (E
wyrażono w mV).
0
C
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
00,52
1,05
1,58
2,11
2,65
3,19
3,73
4,27
4,82
100
5,37
5,92
6,47
7,03
7,59
8,15
8,71
9,27
9,83
10,39
200
10,95
11,51
12,07
12,63
13,19
13,75
14,13
14,87
15,43
15,99
300
16,55
17,11
17,67
18,23
18,79
19,35
19,91
20,47
21,03
21,59
Opracowanie wyników.
Rys. 68.2.
Przebieg zmian napięcia na uzwojeniu wtórnym w funkcji temperatury.
Ćwiczenie nr 68. Pomiar punktu Curie ferromagnetyków.
str. 4
1. Na podstawie wyników (tab. 68.1) oraz charakterystyki termopary (tab. 68.2) budu-
jemy wykres (patrz rys.68.2), z którego określamy temperaturę punktu Curie.
2. Przy wyznaczaniu temperatury t w tabeli 68.1, w oparciu o charakterystykę termo-
elementu Fe-konstantan, należy uwzględnić (dodać) temperaturę odniesienia ter-
moelementu (rys. 68.1).
3. Na podstawie temperatury Curie zidentyfikować materiał, z którego wykonany jest
rdzeń ferromagnetyczny.
Źródło:
http://imnitp2.tu.koszalin.pl/mediawiki/index.php/%C4%86w._nr_68._Pomiar_punktu
_Curie_ferromagnetyk%C3%B3w
.
Ćwiczenie nr 68. Pomiar punktu Curie ferromagnetyków.
str. 5
Protokół pomiarowy
Ćw. nr 68.
Laboratorium z fizyki
Rok akadem:
Temat:
Pomiar punktu Curie ferromagnetyków
.
Kierunek:
Grupa:
Imię i Nazwisko:
Ocena
Data Zaliczenia
Podpis
L
S
K
Tab. 68.1.
Wyniki pomiarów.
Napięcie na uzwojeniu
wtórnym U [mV]
Napięcie termopary E
[mV]
4
6
…
…
16
16,1
16,2
…
…
18,5
Temperatura tc [
0
C]
Tab. 68.2. Charakterystyka termometryczna termoelementu Fe -
konstantan według
PN-59/M-53854 (E
wyrażono w mV).
0
C
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
00,52
1,05
1,58
2,11
2,65
3,19
3,73
4,27
4,82
100
5,37
5,92
6,47
7,03
7,59
8,15
8,71
9,27
9,83
10,39
200
10,95
11,51
12,07
12,63
13,19
13,75
14,13
14,87
15,43
15,99
300
16,55
17,11
17,67
18,23
18,79
19,35
19,91
20,47
21,03
21,59