42156

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ КЮРИ ФЕРРОМАГНЕТИКА

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Менделеева обладают железо никель кобальт некоторые редкоземельные металлы а также их сплавы причем эти вещества проявляют ферромагнитные свойства лишь при температурах ниже некоторой определенной для каждого элемента или сплава температуры называемой точкой Кюри. Температура Кюри равна например 7700С для железа 3580С для никеля 11300С для кобальта 160С для гадолиния 1680С для диспрозия. При более высокой температуре и в самой точке Кюри вследствие теплового движения атомов в ферромагнетиках разрушается магнитный порядок и они...

Русский

2013-10-27

60.5 KB

19 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА № 4 – 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ КЮРИ ФЕРРОМАГНЕТИКА

         Цель работы - экспериментальное исследование влияния температуры на свойства ферромагнетиков.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

         Ферромагнитными свойствами из элементов периодической системы Д.И. Менделеева обладают железо, никель, кобальт, некоторые редкоземельные металлы, а также их сплавы, причем эти вещества проявляют ферромагнитные свойства лишь при температурах ниже некоторой, определенной для каждого элемента или сплава температуры, называемой точкой Кюри. Эта температура фазового перехода второго рода,  обусловленного скачкообразным изменением магнитных и электрических свойств вещества. Температура Кюри, равна например, 7700С для железа, 3580С для никеля, 11300С для кобальта, 160С для гадолиния,  1680С для диспрозия. При более высокой температуре (и в самой точке Кюри) вследствие теплового движения атомов в ферромагнетиках разрушается магнитный порядок и они переходят в состояние парамагнетиков.

         При охлаждении ниже точки Кюри в ферромагнетике возникает самопроизвольная (спонтанная) намагниченность, то есть каждый кристалл образца оказывается намагниченным до насыщения. У обычных ферромагнитных образцов вследствие их конечных размеров энергетически более выгодным оказывается разделение кристалла на ряд антипараллельно намагниченных областей – доменов. Чем на большее количество таких доменов разобьется образец, тем меньше будет его магнитная энергия. Таким образом, в целом ферромагнетик оказывается разделенным на множество доменов, намагниченных до насыщения так, что результирующая намагниченность образца в отсутствие внешнего поля равна нулю.

         Впервые предположение о существовании магнитных доменов для объяснения легкого намагничивания в сравнительно слабых магнитных полях высказал в 1892 году русский ученый Б.Л. Розинг, а затем в 1907 году – французский ученый П. Вейсс.

         С увеличением температуры магнитные свойства ферромагнетиков изменяются. Магнитная проницаемость    и намагниченность насыщения   JS уменьшаются и при достижении температуры, называемой точкой Кюри, намагниченность насыщения становится весьма незначительной, а магнитная проницаемость практически становится равной единице, то есть осуществляется превращение ферромагнетика в парамагнетик. На указанных особенностях поведения    и  JS при повышении температуры основан предлагаемый метод определения точки Кюри.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

         В печь (рис. 1) помещается исследуемый образец  2 , который нагревается обмоткой 3, являющейся одновременно намагничивающим соленоидом. При протекании тока через соленоид 3 во вторичной обмотке 4 индуцируется ЭДС, которая регистрируется милливольтметром. Температура измеряется прибором с термопарой хромель – алюмель.

Рис.1

         Сущность метода заключается в следующем. При пропускании тока через соленоид 3 во вторичной обмотке возникает ЭДС индукции, определяемая по закону Фарадея – Ленца:

                                             Еинд = - ,                                                 (1)

где  Ф – магнитный поток, пронизывающий площадь витков вторичной обмотки;

                                              Ф  N2 B S,                                                      (2)

где  N2 – число витков вторичной обмотки, В  - магнитная индукция поля, создаваемая соленоидом,  S – площадь сечения витка вторичной обмотки.

         Магнитную индукцию в образце можно представить так:

                                              В = В0 + В1   = 0Н + 0 J,                               (3)

где  В0 – магнитная индукция поля первичной обмотки без сердечника, В1 –добавочная магнитная индукция, появляющаяся в результате намагничивания вставленного сердечника, 0 = 4 10-7 Гн/м – магнитная постоянная, J – намагниченность (магнитный момент единицы объема).

         Магнитный поток в общем случае можно выразить как

                                          Ф = N2(B0 + B1) S.                                               (4) 

Отсюда для (1) с учетом (4)

               Еинд   .                                  (5)

В случае, если в печи нет образца, а ее объем заполнен воздухом (парамагнетик    1), то во вторичной обмотке наводится ЭДС,  равная

                                    Е0   ,                                                     (6)                                   

Величину которой можно экспериментально оценить, если вынуть образец из печи и включить соленоид. ЭДС индукции, обусловленная влиянием ферромагнетика, равна

                                 Е12 ,                                (7)

где  В1 – магнитное поле, индуцированное материалом образца. Величина  В  прямо пропорциональна намагниченности  J  образца. При повышении температуры намагниченность насыщения ферромагнетика уменьшается. При температуре Кюри ферромагнетик превращается в парамагнетик, величина  В  которого весьма мала. Поэтому с ростом температуры  уменьшается и при некоторой температуре становится почти равной нулю. ЭДС во вторичной обмотке уменьшается до Е0. Эта температура соответствует точке Кюри.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

         1. Вставьте образец в печь и подайте указанное на установке напряжение.

         2. Через каждые 100С записывайте показания милливольтметра во вторичной обмотке до тех пор, пока милливольтметр будет показывать постоянное значение близкое к нулю.

         3. По полученным результатам температуры в печи и напряжения во вторичной обмотке постройте график зависимости  U2 = f (t0C).

         4. По полученному графику определите точку Кюри.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Магнетики, их классификация.
  2.  Как происходит процесс намагничивания?
  3.  Как объяснить большую магнитную проницаемость ферромагнетиков?
  4.  Что называется точкой Кюри? Почему в точке Кюри ферромагнетик превращается в парамагнетик?
  5.  Показать, почему методом, применяемым в данной работе, можно определить точку Кюри?
  6.  Почему ЭДС индукции во вторичной обмотке резко уменьшается с приближением к точке Кюри?
  7.  Выведите формулу для ЭДС во вторичной обмотке.

20


U
2, mV

tK                                     t,0C

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40799. Переходные процессы в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами 66.4 KB
  Для цепей с заданными постоянными или периодическими напряжениями токами источников принужденная составляющая определяется путем расчета стационарного режима работы схемы после коммутации любым из рассмотренных ранее методов расчета линейных электрических цепей. общее решение уравнения 2 имеет вид 4 Соотношение 4 показывает что при классическом методе расчета послекоммутационный процесс рассматривается как наложение друг на друга двух режимов принужденного наступающего как бы сразу после коммутации и свободного имеющего...
40800. Способы составления характеристического уравнения 81.02 KB
  Характеристическое уравнение составляется для цепи после коммутации. путем исключения из системы уравнений описывающих электромагнитное состояние цепи на основании первого и второго законов Кирхгофа всех неизвестных величин кроме одной относительно которой и записывается уравнение 2; путем использования выражения для входного сопротивления цепи на синусоидальном токе; на основе выражения главного определителя. Согласно первому способу в предыдущей лекции было получено дифференциальное уравнение относительно напряжения на...
40801. Переходные процессы в цепи с одним накопителем энергии и произвольным числом резисторов 81.22 KB
  Переходные процессы в цепи с одним накопителем энергии и произвольным числом резисторов. Общий подход к расчету переходных процессов в таких цепях основан на применении теоремы об активном двухполюснике: ветвь содержащую накопитель выделяют из цепи а оставшуюся часть схемы рассматривают как активный двухполюсник А эквивалентный генератор см. Совершенно очевидно что постоянная времени здесь для цепей с индуктивным элементом определяется как: и с емкостным как: где входное сопротивление цепи по отношению к зажимам 12 подключения...
40802. Расчет переходных процессов с использованием интеграла Дюамеля 64.54 KB
  Метод переменных состояния Уравнения элекромагнитного состояния это система уравнений определяющих режим работы состояние электрической цепи. Метод переменных состояния основывается на упорядоченном составлении и решении системы дифференциальных уравнений первого порядка которые разрешены относительно производных т. Количество переменных состояния а следовательно число уравнений состояния равно числу независимых накопителей энергии. К уравнениям состояния выдвигаются два основных требования: независимость уравнений; возможность...
40803. Сущность операторного метода 83.67 KB
  В результате этого производные и интегралы от оригиналов заменяются алгебраическими функциями от соответствующих изображений дифференцирование заменяется умножением на оператор р а интегрирование делением на него что в свою очередь определяет переход от системы интегродифференциальных уравнений к системе алгебраических уравнений относительно изображений искомых переменных. Изображения типовых функций Оригинал А Изображение Некоторые свойства изображений Изображение суммы функций равно сумме изображений слагаемых: . Законы...
40804. Применение кривых второго порядка в компьютерных системах 158 KB
  Программа для построения графиков является наукой, но простой в использовании. Она позволяет создавать анимированные 3D графики уравнений в табличных данных. В одной системе координат может быть неограниченное количество графиков, каждый из которых может отображаться при помощи точек, линий и поверхностей.
40805. Частотный (спектральный) метод анализа электрических цепей 67.46 KB
  Поскольку частотные характеристики являются характеристиками установившегося режима гармонических колебаний то целесообразно произвольное воздействие представить в виде совокупности гармонических и реакцию линейной цепи искать как совокупность реакций вызванных каждым гармоническим воздействием в отдельности. Таким образом частотный метод анализа включает в себя задачу частотного или спектрального представления воздействия в виде суммы гармонических составляющих с определенными амплитудами начальными фазами и частотами а также задачу...
40806. Цепи с распределенными параметрами 65.82 KB
  Однако на практике часто приходится иметь дело с цепями линии электропередачи передачи информации обмотки электрических машин и аппаратов и т. уже при к линии следует подходить как к цепи с распределенными параметрами. Для исследования процессов в цепи с распределенными параметрами другое название длинная линия введем дополнительное условие о равномерности распределения вдоль линии ее параметров: индуктивности сопротивления емкости и проводимости. Уравнения однородной линии в стационарном режиме Под первичными параметрами линии...
40807. Линии без искажений 80.64 KB
  Пусть сигнал который требуется передать без искажений по линии является периодическим т. Таким образом для отсутствия искажений что очень важно например в линиях передачи информации необходимо чтобы все гармоники распространялись с одинаковой скоростью и одинаковым затуханием поскольку только в этом случае сложившись они образуют в конце линии сигнал подобный входному. Однако искажения могут отсутствовать и в линии с потерями.