2 Описание установки и вывод расчетной формулы

Установка состоит из ферромагнитного стержня, двух катушек, ЛАТРа, логометра (милливольтметр проградуированный в градусах Цельсия), для измерения температуры, термопары, двух вольтметров и ключа.

Определение температуры Кюри ферромагнетиков индуктивным методом основано на регистрации изменения э.д.с. индукции во вторичной обмотке катушки взаимоиндукции при нагревании ее ферромагнитного сердечника. Электрическая схема установки приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 Электрическая схема установки: 1 – ферромагнитный стержень; 2 – первичная обмотка; 3 – вторичная обмотка;

4 – термопара; 5 – логометр, 6 - ЛАТР

Исследуемый образец 1 (ферромагнитный сердечник) находится внутри первичной обмотки 2, которая намотана на кварцевую трубку спиралью из нихромовой проволоки. Переменный электрический ток, проходящий по первичной обмотке индуцирует э.д.с. во вторичной и одновременно нагревает ферромагнитный сердечник. При достижении температуры Кюри ферромагнитный сердечник становится парамагнитным, вследствие чего э.д.с. индукции во вторичной обмотке резко падает.

Причина такого изменения э.д.с. индукции заключается в следующем. Первичная обмотка обладает как индуктивным, так и активным сопротивлением. Напряжение на этой обмотке равно:

U=U_R+U_L, (4)

где U_R = IR – напряжение на омическом сопротивлении обмотки;

U_L = - E_S – напряжение на индуктивном сопротивлении (численно равно э.д.с. самоиндукции в этой обмотке);

Согласно закону электромагнитной индукции:

E_S , (5)

где N₁ – число витков в первичной обмотке;

Ф₁ – магнитный поток через один виток обмотки.

Величина э.д.с. индукции во вторичной обмотке, имеющей N₂ витков, определяется аналогичным образом:

E , (6)

где Ф₂ – магнитный поток через один виток этой обмотки;

К – коэффициент, учитывающий разницу сечений витков первичной и вторичной обмотки (Ф₂=КФ₁).

Из выражений (6), (5) получаем (7):

E E_S. (7)

Как видно из формулы (7), э.д.с. индукции во вторичной обмотке изменяется только при изменении э.д.с. самоиндукции в первичной обмотке. Величина E_S, в свою очередь, зависит от магнитных свойств сердечника. Следовательно, снимая температурную зависимость э.д.с. индукции E, можно определить температуру, при которой ферромагнитный сердечник становится парамагнитным.

Рисунок 5 Вид кривых E = f(t): 1 – теоретический график,

2 – экспериментальный график

На рисунке 5, график 1 отражает то явление, что при температуре Кюри вещество из ферромагнитного состояния переходит парамагнитное состояние скачком. Кривая 2, это типичная экспериментальная зависимость E от t. На вид кривой 2 влияет много факторов: инерционность и неравномерность нагревания ферромагнетика, отношение между величинами э.д.с. и падение напряжения на активных сопротивлениях катушек, параметры установки и т.д. Не вдаваясь в физическую сущность явлений приводящих к такой зависимости E = f(t) (см. график), кривую 2 можно условно разделить на прямолинейные участки ав, cd, ef и криволинейные вс и de. Для определения точки Кюри поступать следующим образом, экстраполируют прямые ав и cd, cd и ef до пересечения между собой. Из точки пересечения ав и cd на ось t опускают перпендикуляр и эту точка на оси t обозначают t₁, аналогично поступают и с точкой пересечения прямых cd и ef, а эту точку обозначают – t₂. Точку Кюри определяют как среднее из двух значений по формуле

.