Порядок выполнения работы

1. Изменяя ток в магните от 0,5 до 7,0 А убедитесь, что магнитное поле не влияет на весы.

2. Подвесьте к весам пробирку с хлорным железом (парамагнетик), чтобы его нижний конец попал в центр зазора между полюсами магнита и уравновесьте его при обесточенном магните.

3. Включите ток в магните и установите его величину равной 1,0 А. Равновесие весов нарушится. Выясните, в какую сторону оно нарушается и определите значение силы, действующей на образец. По градуировочной кривой (наклеена на лабораторный стенд) определите величину индукции магнитного поля в зазоре магнита. Запишите результаты в таблицу 1.

Таблица 1

№ пп	I(A)	F(Н)	B (Тл)

4. Повторите операции п. 3 для токов 2 А, 3 А, …, 7А.

5. Реостатом уменьшите ток в магните до минимума и отключите магнит от сети.

6. Снимите с подвеса образец, измерьте его диаметр и определите площадь его поперечного сечения S.

7. Постройте график зависимости силы, действующей на образец от квадрата индукции поля в зазоре магнита. Убедитесь, что полученные вами точки расположены на прямой. По угловому коэффициенту наклона графика найдите .

8. Проделайте аналогичные измерения для образца из висмута (диамагнетик). В данном опыте ток в магните следует изменять от 0,1 А до 1 А.

Контрольные вопросы

1. Чем характеризуется намагниченность вещества?

2. Как связаны в веществе векторы B, H и J?

3. Что называется магнитной восприимчивостью?

4. В чем состоит различие магнитных свойств диа– и парамагнетиков?

5. Что называется магнитным моментом контура с током?

6. Что называется магнитным моментом тела?

7. Какие силы действуют на магнитный момент, находящийся в магнитном поле?

8. Почему железные тела притягиваются к магниту? Как зависит сила притяжения от расстояния между телом и магнитом, если магнит короткий, а тело расположено на оси магнита?

Работа № 10 определение температуры кюри ферромагнетика

Цель работы:	Определение точки Кюри ферромагнетика.
Приборы и принадлежности:	Ферритовое кольцо, термопара, мультиметрметр для термопары, милливольтметр, звуковой генератор, трубчатый электронагреватель.

Введение

Рис. 2

Рисунок 0.5

Атомы ферромагнетиков имеют отличный от нуля магнитный момент в отсутствие внешнего магнитного поля. Между магнитными моментами в ферромагнетике действуют силы (их называют обменными силами), которые стремятся выстроить все магнитные моменты в одном направлении, что приводит к спонтанной (самопроизвольной) намагниченности. Обменные силы имеют квантовую природу, и объяснить их появление на языке классической физики нельзя. Именно наличие спонтанной намагниченности является характерным признаком ферромагнетизма. Спонтанная намагниченность зависит от температуры Т ферромагнетика (см. рис. 1). С ростом Т её величина J_s уменьшается и при некоторой температуре Т_с обращается в нуль, т. е. вещество переходит из ферромагнитного в парамагнитное состояние. Температура Т_с носит название температуры Кюри. Спонтанная намагниченность является неоднородной. Ферромагнетик состоит из множества малых областей – доменов, каждая из которых спонтанно намагничена, но направления намагниченности разных доменов различны. Разбиение ферромагнетика на домены объясняется следующими причинами. Если бы весь ферромагнетик был намагничен до насыщения в одном направлении, то на его поверхности возникли бы магнитные полюсы, и в окружающем пространстве было бы создано магнитное поле. На это потребуется больше энергии, чем на разбиение ферромагнетика на домены, при котором магнитное поле вне образца отсутствует (магнитные силовые линии замыкаются внутри образца). При неизменном объёме и постоянной температуре в ферромагнетике реализуются лишь такие доменные структуры, для которых энергия минимальна. Одна из возможных доменных структур (монокристалла железа) показана на рис. 2. Стрелками указаны направления намагниченности в различных доменах.

Намагничивание ферромагнетиков представляет сложный процесс, который можно свести к двум основным процессам: процессу смещения границ доменов и процессу вращения вектора намагниченности J_s.

Перемещение междоменных границ и вращение вектора намагниченности в общем случае являются необратимыми процессами, что приводит к появлению гистерезиса (см. рис. 3).

Рис. 3 Рис. 4

На рис. 3 приведена зависимость величины намагниченности ферромагнетика J от напряженности магнитного поля Н в нем. Стрелками указано направление изменения J при изменении Н. Максимальная намагниченность, которая достигается при больших значениях Н, называется намагниченностью насыщения. Намагниченность, которой обладает ферромагнетик после снятия внешнего магнитного поля, называют остаточной намагниченностью (J_s), поле, необходимое для размагничивания образца – коэрцитивной силой (H_c). Ферромагнетики с широкой петлей гистерезиса (с большим Н_с) называются «жесткими», с узкой – «мягкими».

Вблизи температуры Кюри (Т–Т_с  Тс) восприимчивость  ферромагнетиков зависит от температуры (закон Кюри – Вейсса):

(1)

Магнитная восприимчивость ферромагнетика зависит также от напряженности поля Н (рис. 4).