Лабораторная работа №28 Измерение температуры Кюри

Цель работы: измерить температуру Кюри феррита, оценить энергию обменного взаимодействия.

Литература

1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. – М.: Наука, 1997. – Т.3. - §74 – 79

2. Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики. – М.: Наука, 1974. – Т.2. - §46 – 48

3. Вонсовский с. В. Магнетизм. – м.: Наука, 1971

Подготовка к работе

1. При подготовке к выполнению лабораторной работы и к ее защите необходимо изучить указанный материал по основной литературе и настоящее описание лабораторной работы.

2. Изучение рационально строить в соответствии с приведенными ниже контрольными вопросами.

3. Подготовить бланк отчета по лабораторной работе, где необходимо указать:

а) цель работы,

б) электрическую схему,

в) основные расчетные соотношения с пояснениями,

г) таблицу для результатов измерений и вычислений.

Контрольные вопросы

1. Расскажите о классификации магнетиков.

2. Расскажите о свойствах ферромагнетиков.

3. Каковы условия возникновения ферромагнетизма?

4. Дайте понятие обменных сил.

5. Что понимают под температурой Кюри?

6. Как можно оценить энергию обменного взаимодействия?

7. Сформулируйте и запишите закон Фарадея для электромагнитной индукции.

8. Введите понятие магнитного потока.

9. Расскажите о методе определения температуры Кюри в данной работе.

10. Докажите, почему ЭДС индукции во вторичной обмотке резко уменьшается при приближении температуры к точке Кюри магнетика?

Описание установки и метода измерения точки Кюри

Приборы и принадлежности

1. Нагревательная печь.

2. Ферромагнитный образец.

3. Термопара.

4. Микроамперметр.

5. Милливольтметр ПП1.

6. Вентилятор.

7. ЛАТр.

Рис. 1. Принципиальная схема установки

В качестве исследуемого образца в данной работе используется гексаферрит типа Zn₂Y.

В печь 1 помещается исследуемый образец 2, который нагревается спиралью 3. При протекании переменного тока по спирали 3 в обмотке 4, отделенной от спирали 3 теплоизолирующим слоем, возникает индукционный ток. Этот ток регистрируется микроамперметром, включенным последовательно с диодом. Температура образца измеряется с помощью термопары.

Суть метода определения температуры Кюри заключается в следующем. При нагревании ферромагнетика его намагниченность убывает, а, значит, уменьшается и магнитная проницаемость, что приводит к уменьшению индуктивности обмоток, т. е. к уменьшению ЭДС индукции во вторичной обмотке, что фиксируется микроамперметром. Для пояснения этого рассмотрим электрическую схему установки (рис 2).

Рис. 2. Электрическая схема установки

Ток I₂, который показывает микроамперметр, пропорционален ЭДС индукции в этой цепи, величина которой определяется изменением магнитного потока Ф, создаваемого первичной обмоткой

где N₂ – число витков вторичной обмотки,

Ф₁ – поток через один виток как первичной, так и вторичной обмотки.

ЭДС индукции пропорциональна ЭДС самоиндукции первичной обмотки, т. к.

Следовательно

Первичная обмотка представляет собой соленоид, заполненный ферритом, длина которого значительно больше его диаметра. Следовательно

Когда температура ферромагнетика повышается, магнитная проницаемость убывает и при приближении к температуре Кюри магнитная проницаемость ферромагнетика резко убывает, приближаясь к единице, а значит и резко убывает , что приводит к убыванию и тока во вторичной обмотке. График зависимости тока во вторичной обмотке от температуры представлен на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость тока I₂ от температуры

Порядок выполнения работы

Необходимо помнить, что нагрев образца происходит достаточно быстро, т. к. температура Кюри данного образца невысока. Поэтому во избежание перегрева печи, как только температура достигнет 200ºС, ручку ЛАТРа вывести до 0, охладить печь вентилятором, затем опыт можно повторить.

1. Собрать цепь по схеме (рисунок 1).

2. Замкнуть ключ К₁ (т. е. включить печь).

3. Установить с помощью ЛАТРа такое напряжение, чтобы стрелка микроамперметра (μА) показывала 60-70 делений шкалы.

4. Через каждые 5 делений милливольтметра (ПП1) снимать показания микроамперметра. Когда ток во вторичной обмотке начнет уменьшаться, показания записывать через каждое деление шкалы милливольтметра (это необходимо для построения более плавной кривой).

5. При достижении температуры 200ºС разомкнуть ключ К₁. Охладить печь с помощью вентилятора (замкнуть ключ К₂) и повторить измерения.

6. Полученные данные занести в таблицу.

7. По графику градуировки термопары определить температуры образца, при которых производились измерения тока I₂.

8. Построить график зависимости силы тока во вторичной обмотке от температуры образца.

9. По точке пересечения касательной к кривой наибольшего спада тока с осью абсцисс определить точку Кюри Т_К.

10. По формуле W_обм = k·T_К рассчитать энергию обменного взаимодействия.