Denumirea lucrării: Determinarea punctului curie al ferromagneților
Specializarea: Fizica
Descriere: Determinarea dispozitive și accesorii: Punct de curie feromagnetice cuptor electric cu probe feromagnetice autotransformatorului RNSH (tensiune regulator de școală), ampermetru, termocuplu, două milivoltmetru. Introducere. Principalele caracteristici ale feromagnetului.
Mărime fișier: 119.5 KB
Lucrarea a fost descărcată: 117 de persoane.
Determinarea punctului curie al ferromagnetilor
Aparate și accesorii: cuptoare electrice cu probe feromagnetice, autotransformator RNS (regulator de tensiune școlară), ampermetru, termocuplu, doi milivoltmetri.
Introducere. Principalele caracteristici ale stării feromagnetice a materiei sunt următoarele.
1. Aceste substanțe pot fi puternic magnetizate chiar și într-un câmp magnetic slab.
2. Sensibilitatea magnetică, definită ca raportul dintre magnetizare și intensitatea câmpului magnetic care acționează asupra substanței, variază de la câmpul însuși (este funcția acestuia).
3. Magnetizarea nu este o funcție unică a câmpului, ci depinde de preistoria magnetică a feromagnetului, din acele câmpuri magnetice, a căror acțiune a fost supusă acestei substanțe mai devreme.
4. Cu o schimbare ciclică a câmpului care acționează asupra substanței, magnetizarea variază în funcție de așa-numita curbă de histerezis.
5. Corpurile feromagnetice păstrează magnetizarea după ce câmpul magnetic extern este redus la zero (starea de magnetizare reziduală).
6. Fiecare substanță feromagnetică corespunde unei anumite temperaturi definite peste care caracteristicile enumerate ale stării feromagnetice dispar și dobândesc proprietăți paramagnetice. Această temperatură se numește temperatura sau punctul Curie. Uneori temperatura Curie se află într-un interval de temperatură îngust.
Conform conceptelor moderne, orice feromagnet constă dintr-un număr mare de regiuni de magnetizare spontană (sau spontană) # 150; domenii. în fiecare dintre care momentele magnetice ale electronilor sunt stabilite într-o direcție (prin urmare, fiecare domeniu este magnetizat până la saturație), de obicei diferit de direcția de magnetizare în regiunile învecinate. Motivul pentru formarea domeniilor se explică prin existența în feromagnet a unui tip special de legătură între rotirea electronilor. In fiecare feromagnetic eșantion instalat o partiție în domenii, care satisface condiția de energie liberă minimă a cristalului constând în principal din trei componente: energia interacțiunii de schimb, energia magnetică și energia anizotropiei magnetice. Cerințele fizice pentru descompunerea unui feromagnet în regiunile de magnetizare spontană au fost dezvăluite de Ya. I. Frenkel, Ya.G. Dorfman, LD Landau, EM Lifshits și alții.
Întrucât într-o probă de cristal în absența unui câmp magnetic există o distribuție haotică a vectorilor de magnetizare a domeniului, astfel încât întregul eșantion este nemagnetizat. Dar când se aplică un câmp magnetic slab, începe redistribuirea momentelor magnetice ale domeniilor; există o creștere a volumului de domenii cu o direcție energetică favorabilă a momentului magnetic față de câmp datorită domeniilor vecine în care momentul magnetic ocupă o direcție mai puțin avantajoasă (procesul de deplasare a limitei). În câmpurile mai puternice, deplasarea limitelor este urmată de procesul de rotație a momentelor magnetice ale domeniilor în direcția câmpului (procesul de rotație).
Magnitudinea magnetizării spontane depinde de temperatură. Cu o creștere a temperaturii, magnetizarea saturației scade la început încet și, pe măsură ce punctul Curie se apropie de schimbare, schimbarea devine mai rapidă.
Dacă un feromagnet este într-un câmp magnetic care este constant în magnitudine, atunci dependența de magnetizare față de temperatură poate fi diferită pentru diferitele câmpuri. Cu un câmp magnetic suficient de mare, o creștere a temperaturii feromagnetului duce la o scădere continuă a accelerației magnetizării, care scade brusc în apropierea punctului Curie aproape la zero. Aceste schimbări în magnetizare sunt reversibile: pe măsură ce temperatura este redusă, magnetizarea se schimbă de-a lungul aceleiași curbe în direcția opusă. Într-un câmp slab, magnetizarea (și, de asemenea, permeabilitatea magnetică) crește mai întâi cu creșterea temperaturii, iar după trecerea maximului scade la valori scăzute în apropierea punctului Curie.
Astfel, la o temperatură sub punctul Curie, corpurile feromagnetice se caracterizează prin prezența unor domenii. La temperatura Curie, energia medie a mișcării termice a atomilor feromagnetului este suficientă pentru a distruge magnetizarea sa spontană, ca urmare a transformării feromagnetului într-un paramagnet. Punctul Curie # 150; temperatura tranziției de fază de ordinul doi asociată dispariției ordinii atomice.
Scopul acestei lucrări este determinarea temperaturii Curie a probelor de fier și nichel.
Metoda de măsurare. Există mai multe metode pentru determinarea temperaturii Curie a feromagneților [1]. Cele mai multe dintre ele sunt reduse la încălzirea unei probe feromagnetice, fixând temperatura la care există o scădere accentuată a magnetizării la o valoare constantă a câmpului magnetic. Varietatea constă în metodele de măsurare a magnetizării sau cel puțin în modul de monitorizare a comportamentului.
Una dintre metode, metoda inducției electromagnetice. este de a măsura emf de inducție în bobina, care împachetează eșantionul în studiu, care este într-un câmp magnetic alternativ de amplitudine constantă. Cu creșterea temperaturii, fluxul magnetic din probă scade datorită unei scăderi a magnetizării și scade brusc în apropierea punctului Curie, ceea ce determină o scădere bruscă a inducției EMF măsurate.
Astfel, pentru a determina punctul Curie, este necesar să se elimine curba dependenței emf de inducție (sau proporționalitatea acesteia # 150; curentul de inducție) al temperaturii.
Termo-emf este cauzată de două cauze.
2. Pe fiecare conductor, chiar și unul omogen, apare un gradient al concentrației electronilor, dacă acesta este încălzit neuniform, ceea ce duce la difuzie
electroni spre capătul rece
Luând în considerare efectul ambelor efecte, rezultă următoarea expresie pentru EMF a unui termocuplu:
unde C # 150; constantă, numeric egală cu emf, care apare în termocuplu cu o diferență în temperaturile de joncțiune 1K. Astfel, emf-ul termocuplului este proporțional cu diferența de temperatură a joncțiunilor sale. Practica, totuși, arată că relația liniară este satisfăcută doar într-un interval de temperatură mic. Cu o mare diferență, această dependență diferă de cea de ordin liniar, adică coeficientul C nu rămâne constant. Prin urmare, termocuplurile trebuie calibrate.
Termocuplurile sunt realizate din perechi diferite de metal. În această lucrare, se utilizează un termocuplu de cromel-alumel pentru măsurarea temperaturii unei probe de fier și pentru măsurarea temperaturii unui eșantion de nichel # 150; cupru-constantan.
Un milivoltmetru cu un termocuplu formează un pirometru termoelectric (pirometru # 150; termometru pentru măsurarea temperaturilor mult mai ridicate decât temperatura camerei, de la cuvintele grecești # 150; foc și # 150; masura). Curbele de calibrare pentru pirometru dată pentru cazul în care temperatura unuia dintre joncțiuni este 0 C. Dacă când măsurarea temperaturii această intersecție este peste zero (cameră, de exemplu), dispozitivul va arăta ceva mai mică în comparație cu temperatură validă. În acest caz, trebuie să introduceți corecția prin adăugarea la valorile măsurătorilor de temperatură a joncțiunii libere (rece) # 150; cameră.
Descrierea instalației. În cuptorul electric încălzit de o spirală 1. eșantionul 3 investigat este plasat (figura 2). Bobina de încălzire este
magnetizarea simultană a înfășurării. Bobina de măsurare (secundară) 2 este închisă la un voltmetru mV 2. Astfel, aceste înfășurări sunt un transformator cu un miez feromagnetic, al cărui rol este efectuat de proba de testare.
Curentul alternativ I 1. care curge de-a lungul unei spirale (bobina primară), creează în el un flux magnetic
unde L 1 # 150; inductivitatea bobinei primare.
Inductanța unei bobine depinde de volumul său V. Numărul de ture pe unitatea de lungime n 1 și permeabilitatea magnetică a substanței . în acest caz # 150; din proba de testare și este dată de
De asemenea, fluxul magnetic Ф 1 penetrează bobina secundară 2 cu numărul de spire N 2.
Când curentul Ii se schimbă, fluxul magnetic se schimbă și bobina de inducție 2 este indusă în bobina secundară 2
Înfășurarea primară (cuptor electric în spirală) este separat de un strat secundar de material 4. izolant Diferența dintre eșantion și temperatura ambiantă măsurată cu termocuplu, dintre care o joncțiune este în proba plasată într-un cuptor și celălalt # 150; în exterior, într-un termostat, la temperatura camerei.
Atunci când temperatura specimenului de testare atinge punctul Curie, permeabilitatea sa magnetică scade de la o valoare mare la unitate. Inductanța L 1 și împreună cu ea emf de inducție în bobina secundară 2 scade drastic (vezi formulele (2) și (3)). În acest caz, curentul I 2 în bobina secundară scade, de asemenea, ceea ce este înregistrat de experimentator.
În această lucrare se propune măsurarea temperaturii Curie a probelor de fier și nichel. Probele sunt în două cuptoare diferite, montate pe un panou de laborator.
Cu ajutorul a două comutatoare de comutare, de asemenea localizate pe panou și având două poziții "fier" # 150; "Nichel", instrumente de măsurare din instalație cu un comutator de probe de fier la instalația cu nichel.
Măsurarea. 1. Circuitul electric al instalației de laborator este complet asamblat și este necesar doar verificarea prezenței tuturor dispozitivelor indicate pe diagramă (vezi figura 2).
2. Setați comutatoarele de comutare în poziția "fier".
3.Închideți autotransformatorul RNSH în rețeaua de 220 V și setați curentul
1,6 A (pentru fier).
4.Po puțin soba de încălzire urmați citirile termocuplului mV milivoltmetru 1 și la fiecare două-diviziune a citirilor sale la scară atât a scrie milivoltmetre mV și 1 mV în tabelul 2.
Când curentul din înfășurarea secundară și, în consecință, citirea milivoltmetru mV 2 va scădea, indicația trebuie îndepărtată printr-o divizie scara termocuplu milivoltmetru.
Încălzirea eșantionului trebuie oprită și cuptorul oprit din rețea atunci când, după o scădere bruscă, curentul de inducție practic încetează să scadă și rămâne aproape la același nivel.
5.Repetiți toate măsurătorile cu un eșantion de nichel (curent cuptor 1.0 A).
Prelucrarea rezultatelor măsurătorilor. 1.Po a primit datele conținute în tabel, alcatuim grafice ale tensiunii U 2 a tensiunii de termocuplu (adică, de fapt, temperatura, forța existentă între ele proporțional) pentru ambele probe feromagnetice. Graficele arată aproximativ așa cum se arată în Fig.
2. Pentru a determina temperatura Curie în condițiile acestui experiment, efectuate pe grafic tangent curbei în punctul de inflexiune (punctul A) și continuă ea până la o intersecții asimptota c a avut loc la sfârșitul graficului (în figura 3 este deținută de linia punctată). Punctul de intersecție (adică B în grafic) este proiectat pe axa absciselor. Din valoarea de tensiune U 1 obținută în acest fel și din graficul de calibrare al termocuplului corespunzător, găsiți temperatura probei în raport cu temperatura camerei.
3. Valoarea reală a temperaturii Curie va fi obținută prin adăugarea valorii temperaturii în camera de laborator în timpul experimentului, deoarece joncțiunea rece a termocuplului se află într-un termostat pasiv în aceste condiții.
4. Efectuați o estimare a erorilor în determinarea grafică a temperaturii Curie.
1. Comparați dia-, para- și feromagneții. Care sunt proprietățile principale ale feromagneților.
2. Care este punctul Curie într-un feromagnet?
3. Cum magnetizarea unui feromagnet depinde de câmpul de magnetizare departe de punctul Curie?
4. Cum magnetizarea unui feromagnet depinde de temperatura în câmpuri puternice și slabe?
5. Descrieți metoda de determinare a punctului Curie din această lucrare. Ce arată primul și al doilea milivoltmetru? Care este semnul că punctul Curie este trecut?
6. Cum se măsoară temperatura eșantionului feromagnetic în timpul experimentului? Explicați dispozitivul și principiul de funcționare a acestui pirometru.
7.Expliniți progresul graficului pe care l-ați construit la un nivel calitativ.
1.Buravikhin V.A. Shelkovnikov V.N. Karabanova V.P. Workshop pe magnetism. M. Școala superioară, 1979, p. 103.
2. Kalashnikov SG Electricitate. M. Nauka, 1977. §110, 119.
3. Kittel C. Introducere în fizica stării solide. M. Nauka, 1978, S. 543-592.
4. Kortnev A.V. Rublev Yu.V. Kutsenko A.N. Workshop pe fizică. M. Școala superioară, 1963. P.313.
6. Sivukhin D.V. Cursul general al fizicii. M. Nauka, 1983. Vol.3. §74, 79.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: