Тема 11 Влияние температуры на магнитные

свойства ферромагнетиков

1. Природа ферромагнетизма

2. Закон Кюри-Вейсса

3. Методика измерения температуры с помощью термопары

Лабораторная работа 11

Изучение влияния температуры на магнитные свойства

ферромагнетиков

Цель работы: Определение температуры Кюри ферромагнитного образца.

Материалы и оборудование:

Ферромагнитный образец. Нагревательная печь, питающаяся от лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) напряжением, не превышающим 6 В. Цепь термопары с микроамперметром для измерения температуры. Миллиамперметр, включенный в цепь вторичной обмотки для измерения индукционного тока. Градуировочный график термопары.

Теоретические сведения

Ферромагнетики в отличие от диа- и парамагнетиков имеют большую магнитную проницаемость, которая может сильно изменяться под действием внешнего магнитного поля и температуры.

При повышении температуры магнитная проницаемость ферромагнетиков падает, и при некоторой температуре происходит фазовый переход, в результате чего ферромагнитные свойства исчезают и при более высоких температурах ферромагнетик превращается в парамагнетик. Зависимость магнитной восприимчивости от температуры подчиняется закону Кюри-Вейсса:

, (11.1)

где − температура перехода в парамагнетик (температура Кюри);

− константа, зависящая от природы вещества.

Формула (11.1) справедлива при температурах и описывает быстрое уменьшение магнитной восприимчивости при нагревании образца выше температуры Кюри.

Объяснение зависимости магнитных свойств от температуры было дано Вейссом на основании доменной структуры ферромагнетиков.

Один из методов определения точки Кюри ферромагнетиков основан на использовании явления электромагнитной индукции. С этой целью в работе применяется экспериментальная установка (рисунок 11.1), состоящая из двух индуктивно связанных обмоток и исследуемого ферромагнетика (ферромагнитного образца).

При протекании электрического тока в первичной обмотке возбуждается магнитный ток сквозь каждый виток

. (11.2)

Здесь использована формула для магнитной индукции внутри бесконечного соленоида (или внутри тороидальной обмотки)

,

где − число витков на единицу длины первичной обмотки,

− площадь витка,

− магнитная проницаемость образца,

− мгновенное значение тока.

Рисунок 11.1 − Электрическая схема установки

Магнитный поток сквозь вторичную обмотку равен

, (11.3)

где − число витков на единицу длины вторичной обмотки,

− длина вторичной обмотки,

− полное число витков вторичной обмотки.

Коэффициент взаимной индукции зависит от формы, размеров обмоток, их взаимного расположения, от магнитных свойств среды. Во вторичной обмотке возбуждается ЭДС индукции

. (11.4)

Первичная обмотка одновременно является нагревательной спиралью печи. При протекании тока в первичной обмотке ферромагнитный образец нагревается, происходит уменьшение магнитной проницаемости , а, следовательно, и коэффициента взаимной индукции . Следовательно, при нагреве образца индукционный ток будет падать и при достижении температуры Кюри изменение индукционного тока будет максимальным.

Ход работы

1. Предварительно ознакомившись с принципом работы установки, методикой измерения температуры с помощью термопары, собрать схему.

2. После получения допуска к выполнению работы включить цепь термопары и убедиться, что световой зайчик микроамперметра находится на нулевом делении.

3. Включить печь, установив рекомендуемое напряжение 6 В, и записать начальное значение индукционного тока во вторичной обмотке.

4. Измерения индукционного тока при нагреве образца производить через каждые 5 градусов до тех пор, пока ток не достигнет некоторого постоянного значения. Результаты измерений занести в таблицу 11.1. Построить график зависимости индукционного тока во вторичной обмотке от температуры образца .

5. По графику найти изменение индукционного тока для равных интервалов температур и построить график зависимости . Поскольку индукционный ток уменьшается при нагревании, то величина является положительной. По положению максимума этой кривой найти температуру Кюри .

6. Найти погрешность в определении и записать окончательный результат. Сделать вывод.

Таблица 11.1 − Зависимость индукционного тока от температуры

Температура образца		, А	, А
, дел	, 0С

Контрольные вопросы

1. Какова природа ферромагнетизма?

2. Как можно объяснить влияние температуры на магнитные свойства ферромагнетиков? Объясните суть закона Кюри-Вейсса.

3. Почему ЭДС индукции во вторичной обмотке уменьшается при достижении образцом температуры Кюри?

4. На каком принципе основана методика измерения температуры с помощью термопары?