4. Точка кюрі для феромагнетиків. Фазовий перехід іі роду

Для кожного феромагнетика існує певна температура при якій відбувається руйнування його доменів, феромагнетик перетворюється в парамагнетик. Ця температура, як вже вище вказувалось, називається точкою Кюрі. При охолодженні феромагнетика нижче точки Кюрі в феромагнетику виникають магнітні домени.

Перехід від феромагнітних властивостей до парамагнітних є прикладом фазового переходу другого роду¹.

Прикладом фазового переходу другого роду може бути перехід металу в надпровідний стан. До фазового переходу другого роду відноситься надтекучість гелію, коли повністю зникає внутрішнє тертя.

Нагадаємо, що фазові переходи першого роду (плавлення, випаровування) супроводжуються стрибкоподібною зміною внутрішньої енергії тіла і пов’язані з поглинанням теплоти (теплота плавлення, теплота випаровування). Для того, щоб зруйнувати домен, не потрібно додаткової енергії, достатньо нагрівання феромагнетика, його внутрішня енергія буде збільшуватись і при температурі Кюрі без додаткових затрат енергії відбувається руйнування доменів.

5. Експериментальне визначення точки кюрі феромагнетиків

Точку Кюрі можна визначити різними експериментальними методами, які базуються на різкій зміні магнітних властивостей феромагнетика саме при температурі Кюрі. Наприклад, феромагнетик у вигляді постійного магніту втримує масивний залізний предмет. При нагріванні такого феромагнетика в точці Кюрі він втратить свої магнітні властивості і залізний предмет відпаде.

Вданій лабораторній роботі досліджуваний феромагнетик є осердям трансформатора (рис. 49.4), первинна обмотка якого приєднується до джерел змінного струму. Тут принцип визначення точки Кюрі полягає в тому, що при нагріванні феромагнетика в точці Кюрі різко змінюються його магнітні властивості, отже різко змінюються електричні параметри трансформатора, осердям якого є даний феромагнетик. Зміна електричних параметрів трансформатора приведе до зміни сили струму у вторинній обмотці, що буде зафіксовано показами міліамперметра. Отже, вимірюючи температуру феромагнетика, як осердя трансформатора, ми повинні слідкувати за показами міліамперметра в колі вторинної обмотки даного трансформатора. Як тільки покази амперметра різко зміняться, ця зміна і буде визначати температуру Кюрі. Такий принцип визначення точки Кюрі описується на основі закону електромагнітної індукції. Так, електрорушійна сила ЕРС індукції залежить від швидкості зміни магнітного потоку (49.6), де знак “-” є математичним виразом правила Ленца.

Магнітний потік через витки вторинної обмотки дорівнює (49.7), де В– індукція магнітного поля;N– кількість витків обмотки;S- їх площа поперечного перерізу.

; (49.6)

; (49.7)

; (49.8)

; (49.9)

; (49.10)

; (49.11)

; (49.12)

; (49.13)

ЯкщоВ₀– індукція магнітного поля у вакуумі (у відсутності осердя), то згідно (49.4), індукціяВв феромагнетику рівна (49.8). Враховуючи, що струм змінний, то змінним буде і магнітне поле (49.9), деB_max - максимальне(амплітудне) значення індукції,- циклічна частота. З рівнянь (49.6), (49.7), (49.8) та (49.9) отримаємо значення ЕРС (49.10) на кінцях вторинної обмотки трансформатора. Максимальне (амплітудне) значення цієї ЕРС становитиме величину (11), а при замкнутому колі вторинної обмотки з опоромRсила струму, згідно закону Ома, буде досягати значення (49.12). Електровимірювальний прилад (міліамперметр) показує ефективне (діюче) значення сили струму (49.13), яке вменше від амплітудного. Таким чином, як випливає з (13), зміна магнітних властивостей досліджуваного феромагнетика, тобто зміна його магнітної проникностів точці Кюрі приведе до зміни струму в колі вторинної обмотки трансформатора. В даній лабораторній роботі обмотки трансформатора намотані на керамічний циліндр 1, в отвір якого вводиться досліджуваний феромагнетик 2 (рис. 49.5).

Первинна обмотка виготовлена з ніхромового провідника і тим самим виконує роль нагрівача. Температура досліджуваного феромагнетика вимірюється за допомогою термопари 3, спаю двох різнорідних металів. Один спай торкається поверхні феромагнетика, а другий спай знаходиться при сталій температурі 20С. При нагріванні термопари виникає різниця потенціалів, яка вимірюється мікровольтметром. До лабораторної роботи додається градуйовочний графік термопари, який дозволяє перейти від показів мікровольтметра до температури вС.