Lab 4-4

Лабораторна робота № 4 - 4

ВИЗНАЧЕННЯ ТОЧКИ КЮРІ феромагнетика

Мета роботи - експериментальне дослідження впливу температури на властивості феромагнетиків.

Феромагнітними властивостями з елементів періодичної системи Д.І. Менделєєва мають залізо, нікель, кобальт, деякі рідкоземельні метали, а також їх сплави, причому ці речовини проявляють феромагнітні властивості лише при температурах нижче деякої, визначеної для кожного елемента або сплаву температури, званої точкою Кюрі. Ця температурафазового переходу другого роду, обумовленого стрибкоподібним зміною магнітних і електричних властивостей речовини. Температура Кюрі, дорівнює наприклад, 770 0 С для заліза, 358 0 С для нікелю, 1130 0 С для кобальту, 16 0 С для гадолінію, 168 0 С для диспрозия. При більш високій температурі (і в самій точці Кюрі) внаслідок теплового руху атомів в феромагнетиках руйнується магнітний порядок і вони переходять в стан парамагнетиков.

При охолодженні нижче точки Кюрі в ферромагнетике виникає мимовільна (спонтанна) намагніченість, тобто кожен кристал зразка виявляється намагніченим до насичення. У звичайних феромагнітних зразків внаслідок їх кінцевих розмірів енергетично більш вигідним виявляється поділ кристала на ряд антипараллельно намагнічених областей - доменів. Чим на більшу кількість таких доменів розіб'ється зразок, тим менше буде його магнітна енергія. Таким чином, в цілому ферромагнетик виявляється розділеним на безліч доменів, намагнічених до насичення так, що результуюча намагніченість зразка під час відсутності зовнішнього поля дорівнює нулю.

Вперше припущення про існування магнітних доменів для пояснення легкого намагнічування в порівняно слабких магнітних полях висловив в 1892 році російський вчений Б.Л. Розінг, а потім в 1907 році - французький вчений П. Вейсс.

Зі збільшенням температури магнітні властивості феромагнетиків змінюються. Магнітна проникність і намагніченість насищеніяJS зменшуються і при досягненні температури, званої точкою Кюрі, намагніченість насичення стає вельми незначною, а магнітна проникність практично стає рівною одиниці, тобто здійснюється перетворення феромагнетика в парамагнетик. На зазначених особливостях поведеніяіJS при підвищенні температури заснований пропонований метод визначення точки Кюрі.

ОПИС ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ

Lab 4-4
У піч (рис. 1) поміщається досліджуваний зразок 2. який нагрівається обмоткою 3, що є одночасно намагнічує соленоидом. При протіканні струму через соленоїд 3 у вторинній обмотці 4 індукується ЕРС, яка реєструється милливольтметром. Температура вимірюється приладом з термопарою хромель - алюмель.

Суть методу полягає в наступному. При пропущенні струму через соленоїд 3 у вторинній обмотці виникає ЕРС індукції, яка визначається за законом Фарадея - Ленца:

де Ф - магнітний потік, що пронизує площу витків вторинної обмотки;

де N2 - число витків вторинної обмотки, В - магнітна індукція поля, створювана соленоидом, S- площа перетину витка вторинної обмотки.

Магнітну індукцію в зразку можна змалювати таку картину:

де В0 - магнітна індукція поля первинної обмотки без сердечника, В1 -добавочная магнітна індукція, що з'являється в результаті намагнічування вставленого сердечника, 0 = 410 -7 Гн / м - магнітна постійна, J- намагніченість (магнітний момент одиниці об'єму).

Магнітний потік в загальному випадку можна виразити як

Звідси для (1) з урахуванням (4)

У разі, якщо в печі немає зразка, а її обсяг заповнений повітрям (парамагнетик 1), то у вторинній обмотці наводиться ЕРС, яка дорівнює

Величину якої можна експериментально оцінити, якщо вийняти зразок з печі і включити соленоїд. ЕРС індукції, обумовлена ​​впливом феромагнетика, дорівнює

де В 1 - магнітне поле, індуковане матеріалом зразка. Величина В прямо пропорційна намагніченностіJобразца. При підвищенні температури намагніченість насичення феромагнетика зменшується. При температурі Кюрі феромагнетик перетворюється в парамагнетик, величина В якого дуже мала. Тому з ростом температури

Lab 4-4
зменшується і при деякій температурі стає майже рівною нулю. ЕРС у вторинній обмотці зменшується до Е0. Ця температура відповідає точці Кюрі.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Вставте зразок в піч і подайте вказане на установці напруга.

Lab 4-4
2. Через кожні 10 0 С записуйте показання мілівольтметра у вторинній обмотці до тих пір, поки мілівольтметр буде показувати постійне значення близьке до нуля.

3. За отриманими результатами температури в печі та напруги у вторинній обмотці побудуйте графік залежності U2 = f (t 0 C).

4. За отриманим графіком визначте точку Кюрі.

Магнетики, їх класифікація.

Як відбувається процес намагнічування?

Як пояснити велику магнітну проникність феромагнетиків?

Що називається точкою Кюрі? Чому в точці Кюрі феромагнетик перетворюється в парамагнетик?

Показати, чому методом, застосовуваним в даній роботі, можна визначити точку Кюрі?

Чому ЕРС індукції у вторинній обмотці різко зменшується з наближенням до точки Кюрі?

Виведіть формулу для ЕРС у вторинній обмотці.