Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Фізика(готові лабораторні роботи) / fizika / Лабораторна робота №60.doc
Скачиваний:
60
Добавлен:
19.02.2016
Размер:
276.48 Кб
Скачать

Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний технологічний університет

Кафедра фізики

Група РТ-8

Лабораторна робота № 60

“Дослідження температурної залежності магнітних властивостей феромагнетика”

Виконав: Чернега П.В.

Перевірив: Алексюк В.Ю.

Житомир

2004р.

Мета роботи: вивчити залежність магнітної проникності феромагнетика від температури, визначити його точку Кюрі.Обладнання: феромагнітне осердя з двома обмотками L1 і L2, мілівольтметр Т-15, градуйований за температурою. Точка 0 шкали приладу відповідає кімнатній температурі, ціна поділки шкали 1,4 0С.

Короткі теоретичні відомості

рис 1

За магнітними властивостями всі речовини (магнетики) ділять на три групи: діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики.

Для діамагнетиків (речовини, атоми чи молекули яких не мають при відсутності зовнішнього поля власних магнітних моментів) магнітна проникність (фізична величина, що характеризує магнітні властивості речовини і вказує у скільки разів індукція магнітного поля в однорідному магнетику відрізняється від індукції магнітного поля у вакуумі) μ < 1, не залежить від зовнішнього магнітного поля і температури.

Для парамагнетиків (речовина, атоми яких навіть при відсутності зовнішнього поля мають власні магнітні моменти) μ > 1 і при значних температурах та слабких полях також не залежить від зовнішнього поля. Температурна залежність μ вперше досліджена Кюрі і визначається законом: , де С - стала Кюрі, Т - абсолютна температура.

У феромагнетиків (кристалічні речовини, властивості яких визначаються особливою орієнтацією власних магнітних моментів електронів) μ » 1 , залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля. Феромагнетиками є залізо, нікель, кобальт, і сплави на їх основі, деякі сплави і сполуки марганцю і хрому з не магнітними елементами, та феромагнітні напівпровідники (ферити).

Теорія феромагнетизму створена Я.І.Френкелем і В.Г.Гейзенбергом у 1928 році.

Згідно цієї теорії, в кристалах можуть виникати області спонтанного намагнічування (домени), розміром 10-6 –10-5 м. Механізм утворення доменів ілюструє рис.2а, б, в. В межах кожного домена феромагнетик спонтанно намагнічений до насичення і має певний магнітний момент. Напрямки таких моментів для різних доменів відрізняються, тому при відсутності зовнішнього поля сумарний магнітний момент всього тіла дорівнює нулю.

При слабких полях спостерігається зміщення границь доменів, в результаті чого збільшується ті домени, моменти яких Рm створюють менший кут з вектором напруженості Н0 зовнішнього поля за рахунок тих доменів, у яких кут між векторами Рm і H0 більший. Наприклад, домени 1 і 4 за рахунок доменів 2 і 3 (рис. 2,г).

рис. 2

Посилення зовнішнього поля розвиває цей процес до повного поглинання маловигідних у плані енергетичної стійкості доменів.

Далі спостерігається поворот магнітних моментів доменів у напрямку зовнішнього поля. При цьому моменти електронів в межах домена повертаються одночасно, без порушення їх паралельності. Процеси ці необоротні, що є причиною гістерезису.

Для кожного феромагнетика існує температура Тс , при якій

області спонтанного намагнічування розпадаються і речовина втрачає феромагнітні властивості, перетворюючись у парамагнетик. При охолодженні нижче температури Кюрі у речовині знову виникають домени. Для визначення точки Кюрі використовується установка схема якої зображена на рис.1.

Величина індукційного струму в обмотці L2 пропорційна індукції магнітного поля, створеного обмоткою L1 (остання служить і для нагрівання осердя). Магнітна проникність речовини феромагнітного осердя при досягненні точки Кюрі різко зменшиться, відповідно зменшиться I2. Зафіксувавши температуру, при якій почне різко зменшуватися струм, можна визначити температуру Кюрі.

Порядок виконання роботи.

1. Ввімкнути прилади в електричну мережу, дати їм прогрітися.

2. Починаючи з кімнатної температури через кожні 2,8°С фіксувати температуру осердя і силу струму в обмотці L2 до 70°С (1 мВ шкали мілівольтметра відповідає силі струму 1 мА)

    1. Результати експерименту занести в таблицю:

1 дослід

Под. шкали

t, 0C

20

25

30

35

40

45

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

I2, mA

5

4,9

5,1

5,1

5,2

5,3

5,2

5,3

5,3

5,3

5,3

5,4

5,4

5,3

5,3

5,4

5,3

5,3

5,4

5,3

5,3

5,1

4,7

4,1

3,5

3

2,5

2 Дослід

Под. шкали

t, 0C

40

45

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

I2, mA

5,1

5,2

5,2

5,3

5,3

5,3

5,2

5,3

5,2

5,3

5,3

5,3

5,3

5,2

5,3

5,3

5,2

5,2

5,1

5

4,5

3,7

3

3 Дослід

Под. шкали

t, 0C

40

45

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

I2, mA

5,3

5,3

5,4

5,4

5,3

5,4

5,3

5,2

5,3

5,2

5,3

5,3

5,3

5,3

5,2

5,3

5,2

5,1

5

4,9

4,1

3,2

2,7

4. Побудувати графік залежності I2 = f(t°С).

5. Дослід виконати тричі, вимикаючи щоразу установку для повного охолодження феромагнетика.

6. З графіків I2 = f(t°C) знайти точку Кюрі, екстраполюючи ділянку, що характеризує зменшення струму до перетину з віссю t° .

tk1 = 76 0C

tk2 = 75 0C

tk3 = 75,5 0C

Підрахунок похибки вимірювання:

tk1 = 76 0C tk2 = 75 0C tk3 = 75,5 0C

∆tk1 = tk1 – tkcep = 76 – 75,5 = 0,5 0C

∆tk2 = tk2 – tkcep = 75 – 75,5 = -0,5 0C

∆tk3 = tk3 – tkcep = 75,5 – 75,5 = 0 0C

Контрольні запитання.

1. Поясніть природу діа-, пара- та феромагнетиків.

Прецессию вокруг вертикальной оси, проходящей через точку опоры, совершает, например, диск волчка при замедлении движения.

Таким образом, электронные орбиты атома под действием внешнего магнитного поля совершают прецессионное движение, которое эквивалентно круговому току. Так как этот микроток индуцирован внешним магнитным полем, то, согласно правилу Ленца, у атома появляется составляющая магнитного поля, направленная противоположно внешнему полю. Наведенные составляющие магнитных полей атомов (молекул) складываются и образуют собственное магнитное поле вещества, ослабляющее внешнее магнитное поле. Этот эффект получил название диамагнитного эффекта, а вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле против направления юля, называются диамагнетиками.

В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетик немагнитен, поскольку в данной случае магнитные моменты электронов взаимно компенсируются, и суммарный магнитный момент атома (он равен векторной сумме магнитных моментов (орбитальных и спиновых) составляющих атом электронов) равен нулю. К диамагнетикам относятся многие металлы (например, Вi, Аg Аu, Сu), большинство органических соединений, смолы, углерод и т. д.

Так как диамагнитный эффект обусловлен действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойствен всем веществам. Однако наряду с диамагнитными веществами существуют и парамагнитные — вещества, нама-гничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля.

Помимо рассмотренных двух классов веществ — диа- и парамагнетиков, называемых слабомагнитными веществами, существуют еще сильномагнитные вещества — ферромагнетики — вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, т. е. они намагничены даже при отсутствии внешнего магнитного поля. К ферромагнетикам кроме основного их представителя — железа (от него и идет название «ферромагнетизм») — относятся, например, кобальт, никель, гадолиний, их сплавы и соединения.

2. Що таке коерцитивна сила?

С наличием остаточного намагничения связано существование постоянных магнитов. Намагничение обращается в нуль под действием поля Нс, имеющего направление, противоположное полю, вызвавшему намагничение. Напряженность НС называется коэрцитивной силой.

3. Чим відрізняється петля гістерезису для м'яких і жорстких магнітних матеріалів?

В мягких ферромагнетиков петля гистерезису узкая, в жестких – широкая.

4. Опишіть властивості і галузі, де використовуються ферити.

Ферриты – полупроводниковые ферромагнетики, химические соединения типа MeOFe2O3, где Me – ион двухвалентного метала (Mn, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, Cd, Fe). Они отличаются заметными ферромагнитными свойствами и большим удельным электрическим сопротивлением (в миллиарды раз большим, чем у металов). Ферриты применяются для изготовления постоянных магнитов, ферритовых антенн, сердечников радиочастотных контуров, элементов оперативной памяти в вычислительной технике, для покрытия плёнок в магнитофонах и видеомагнитофонах и т. д.

5. Які речовини називаються антиферомагнетиками?

Антиферромагнетики – это вещества, в которых обменные силы вызывают антипараллельную ориентацию спиновых магнитных моментов электронов.