Изучение влияния температуры на магнитные свойства ферромагнетиков (Лабораторная работа № 11)

Лабораторная работа № 11.

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА МАГНИТНЫЕ

 СВОЙСТВА ФЕРРОМАГНЕТИКОВ

          Цель работы: Определение температуры Кюри ферромагнитного образца.

          Приборы и принадлежности:

1.  Ферромагнитный образец.

2.  Нагревательная печь, питающаяся от лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) напряжением, не превышающим 6В.

3.  Цепь термопары с микроамперметром для измерения температуры.

4.  Миллиамперметр, включенный в цепь вторичной обмотки для измерения индукционного тока.

5.  Градуировочный график термопары.

1.  Теоретическое введение.

Ферромагнетики в отличие от диа- и парамагнетиков  имеют большую магнитную проницаемость, которая может сильно изменяться под действием внешнего магнитного поля и температуры [1].

При повышении температуры магнитная проницаемость ферромагнетиков падает и при некоторой температуре происходит фазовый переход, в результате чего ферромагнитные свойства исчезают и при более высоких температурах ферромагнетик превращается в парамагнетик. Зависимость магнитной восприимчивости  от температуры подчиняется закону Кюри-Вейсса:

,                       (11.1)

где  - температура перехода в парамагнетик (температура Кюри);

       - константа, зависящая от природы вещества.

      Формула (11.1)  справедлива при температурах  и описывает быстрое уменьшение магнитной  восприимчивости при нагревании образца выше температуры Кюри.

          Объяснение зависимости магнитных свойств от температуры было дано Вейссом на основании доменной структуры ферромагнетиков [2].

          Один из методов определения точки Кюри ферромагнетиков основан на использовании явления электромагнитной индукции. С этой целью в работе применяется экспериментальная установка (рис. 11.1), состоящая из двух индуктивно связанных обмоток и исследуемого ферромагнетика (ферромагнитного образца).

          При протекании электрического тока в первичной обмотке возбуждается магнитный ток сквозь каждый виток

                                           

Рис. 11. 1.

.              (11.2)

          Здесь использована формула для магнитной индукции внутри бесконечного соленоида (или внутри тороидальной обмотки)

,

где  - число витков на единицу длины первичной обмотки,

        - площадь витка,

        - магнитная проницаемость образца,

        - мгновенное значение тока.

       Магнитный поток сквозь вторичную обмотку равен

,                 (11.3)

где  - число витков на единицу длины вторичной обмотки,

        - длина вторичной обмотки,

        - полное число витков вторичной обмотки.

          Коэффициент взаимной индукции  зависит от формы, размеров обмоток, их взаимного расположения, от магнитных свойств среды. Во вторичной обмотке возбуждается ЭДС индукции

.                    (11.4)

          Первичная обмотка одновременно является нагревательной спиралью печи. При протекании тока в первичной обмотке ферромагнитный образец нагревается, происходит уменьшение магнитной проницаемости , а, следовательно, и коэффициента взаимной индукции . Следовательно, при нагреве образца индукционный ток будет падать и при достижении температуры Кюри изменение индукционного тока будет максимальным.

2.  Экспериментальная часть.

1.  Предварительно ознакомившись с принципом работы установки, методикой изменения температуры с помощью термопары, собрать схему.

2.  После получения допуска к выполнению работы включить цепь термопары и убедиться, что световой зайчик микроамперметра находится на нулевом делении.

3.  Включить печь, установив рекомендуемое напряжение 6 В, и записать начальное значение индукционного тока во вторичной обмотке.

4.  Измерения индукционного тока при нагреве образца производить через каждые 5 градусов до тех пор, пока не достигнет некоторого постоянного значения. Результаты измерений занести в таблицу 11.1.

Таблица 11.1.

Температура образца		, А	, А
, дел	,  0С

5.  Построить график зависимости индукционного тока во вторичной обмотке от температуры образца .

6.  По графику  найти изменение индукционного тока   для равных интервалов температур  и построить график зависимости . По положению максимума кривой найти температуру Кюри .

7.  Найти погрешность в определении  [5, 6, 7] и записать окончательный результат. Сделать вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.  Какова природа ферромагнетизма?

2.  Как можно объяснить влияние температуры на магнитные свойства ферромагнетиков?

3.  Объясните суть закона Кюри-Вейсса.

4.  Почему ЭДС индукции во вторичной обмотке уменьшается при достижении образцом температуры Кюри?

5.  На каком принципе основана методика измерения температуры с помощью термопары?

ЛИТЕРАТУРА

1.  Калашников С. Г. Электричество. М., 1977 г.

2.  Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 3. Электричество. М., 1977 г.

3.  Телеснин Р.В., Яковлев К. П. Курс физики. Электричество. М., 1970 г.

4.  Физический практикум под ред. Ивероновой В.И. М., 1968 г.

5.  Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М., 1970 г.

6.  Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. Л., 1974 г.

7.  Худсон Д. Статистика для физиков. М., 1970 г.

Лабораторная работа № 11.

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА МАГНИТНЫЕ

 СВОЙСТВА ФЕРРОМАГНЕТИКОВ

Лабораторная работа № 11.

ИЗУЧЕНИЕ  ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ  НА  МАГНИТНЫЕ

 СВОЙСТВА  ФЕРРОМАГНЕТИКОВ