Norbert Choma 22.03.2006r

I RAT grupa A

SPRAWOZDANIE 3.

Wyznaczanie podstawowych parametrów ferromagnetyka.

1. Wprowadzenie.

Ferromagnetyki odznaczają się silnymi właściwościami magnetycznymi, wynikającymi z istnienia spontanicznych oddziaływań wymiennych pomiędzy spinowymi momentami magnetycznymi elektronów sąsiadujących atomów. Magnetyczne orientacje domen, ich kształt, przebieg powierzchni granicznych i rozmiary są rezultatem samoistnych, wewnętrznych procesów, prowadzących do stanu, w którym układ osiąga największą stabilność. Przejawem tego jest całkowity brak pola magnetycznego na zewnątrz ferromagnetyka. Umieszczenie ferromagnetyka w zewnętrznym polu magnetycznym prowadzi do jego namagnesowania., będącego rezultatem zmiany granic domen oraz obrotów spinów wewnątrz domen na kierunek pola. W trakcie magnesowania ferromagnetyka zmiennym polem magnetycznym powstaje histereza, czyli opóźnienie się zmiany indukcji w stosunku do zmiany natężenia zewnętrznego pola magnesującego. Ważną konsekwencją tego zjawiska jest indukcja szczątkowa, powstała w wyniku usunięcia pola, które uprzednio namagnesowało ciało do nasycenia. Pole pod pętlą histerezy w układzie SI jest miarą pracy zużytej w procesie przemagnesowania ciała w ciągu jednego cyklu.

2. Doświadczenie.

Do wykonania doświadczenia wykorzystaliśmy układ pomiarowy w którego skład wchodził oscyloskop, zasilacz napięcia zmiennego, miliamperomierz, opornik dekadowy.

Dane techniczne układu pomiarowego:

Opornikiem dekadowym wyregulowaliśmy natężenie prądu o wartości
.

Następnie dobraliśmy maksymalne wzmocnienie
i
, przy których pętla histerezy w całości mieściła się na ekranie oraz zmierzyliśmy szerokość X i wysokość Y. Doświadczenia powtarzaliśmy aż do
(dane pomiarów zawarte są w tabeli pomiarowej) i dla tej wartości odwzorowaliśmy pętlę histerezy na papierze milimetrowym.

Dla każdej wartości prądu I₁ obliczyliśmy amplitudę napięcia na oporze R₁ (a) i na kondensatorze C (b) :

a) b)

Następnie ze wzorów poniżej obliczyliśmy amplitudy natężenia pola H₀ i indukcji B₀ w rdzeniu:

(i tak dla każdej wartości U_x0 i U_y0)

Dla pierwszego pomiaru obliczyliśmy podatność początkową rdzenia:

Opierając się na najwyższej wartości
odczytaliśmy z wykresu wartości pozostałości magnetycznej B_r i pola koercji H_c:

Po obliczeniu pola powierzchni
objętego pętlą histerezy i pola powierzchni prostokąta wyznaczonego przez końce pętli histerezy
oszacowaliśmy pracę przemagnesowania rdzenia w odniesieniu do jednostki objętości:

Pozostałe wartości odczytane z tabeli pomiarowej:

3. Wnioski.

Do pewnego momentu pod wpływem zwiększania pola magnetycznego ferromagnetyk magnesuje się skokowo. Po przekroczeniu określonej wartości ferromagnetyk znajdzie się w stanie nasycenia, czyli dalszy wzrost pola magnetycznego nie spowoduje dalszego namagnesowywania się ferromagnetyka.

W ferromagnetykach zawsze występuje pozostałość magnetyczna po wcześniejszym jego magnesowaniu, jest to tak zwana indukcja szczątkowa, dzięki której możemy wytwarzać magnesy trwałe o szerokim zastosowaniu np. stojany silników prądu stałego. Proces magnesowania i rozmagnesowywania ferromagnetyka najdokładniej obrazuje nam pętla histerezy.