Цель работы: изучить влияние температуры на магнитную проницаемость феррита и выяснить точку Кюри.
Любое вещество, помещенное в магнитное поле, получает магнитный момент. Заберём катушку и будем помещать в неё сердечники из различных материалов. Магнитное поле, появляющееся в сердечника, будет усиливать либо ослаблять внешнее поле.
Намагниченность сердечника под влиянием внешнего поля возможно охарактеризовать уравнением
B = ?о •?r •H,
где В – магнитная индукция, Тл; ?o – магнитная постоянная , ?o = 4?·10-7 Гн/м; ?r – относительная магнитная проницаемость, о. е.
По магнитным особенностям все материалы возможно поделить на две группы:
? слабомагнитные (?r ? 1);
? сильномагнитные (?r 1).
У слабомагнитных материалов ?r = const, т.е. она не зависит от напряжённости внешнего поля. Слабомагнитные материалы возможно поделить на диамагнетики (?r 1) и парамагнетики (?r 1).
При помещении в магнитное поле диамагнетики намагничиваются противоположно направлению внешнего поля и ослабляют его (?r 1). По окончании снятия внешнего поля индуцированный момент исчезает. К диамагнетикам относятся водород, большая часть органических соединений, последовательность металлов: медь, серебро, золото, цинк.
Парамагнетики намагничиваются в направлении внешнего поля и усиливают его (?r 1). К парамагнетикам относятся кислород, щелочные металлы, алюминий, платина и т. д.
Слабомагнитные материалы в технике используются редко.
У сильномагнитных материалов ?r 1 и зависит от напряжённости внешнего поля. Эти материалы употребляются в энергетике в качестве магнитных материалов. К ним относятся железо, никель, кобальт, их сплавы, ферриты.
Относительная магнитная проницаемость обозначается знаком ?r, но в лабораторной работе для удобства обозначения индекс r опущен.
Сильномагнитные материалы возможно поделить на две группы:
? ферромагнитные (железо, никель, их сплавы и кобальт);
? ферримагнитные (ферриты: магнитная керамика, окислы металлов).
Ферриты – это неметаллические магнитные материалы, владеющие громадным электрическим сопротивлением (в 106–1011 раз громадным, чем у электротехнической стали) и высокой относительной магнитной проницаемостью (до 10 000). Ферриты представляют собой системы из окислов и окислов железа двухвалентных, реже – одновалентных металлов, соответствующие неспециализированной формуле
, где
– знак двухвалентного металла. Их магнитные особенности обусловлены внутренними скрытыми формами перемещения зарядов, воображающими собой элементарные круговые токи. Такими круговыми токами являются вращение электронов около собственных осей (электронные поясницы) и орбитальное вращение электронов в атомах. Явление ферримагнетизма связано с образованием в некоторых материалов ниже определенной температуры (точки Кюри) таких кристаллических структур, при которых в пределах макроскопических областей, именуемых доменами, электронные поясницы оказываются ориентированными параллельно друг другу и одинаково направленными. Так, характерным для ферримагнитного состояния вещества есть наличие в нем самопроизвольной, либо спонтанной намагниченности без приложения внешнего магнитного поля.
Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов зависит от температуры. При повышении температуры облегчается переориентация доменов по полю и магнитная проницаемость растёт, но при температуре выше определённого значения, именуемого точкой Кюри (Тк), происходит разрушение доменной структуры и магнитные материалы теряют собственные ферромагнитные особенности. На рисунке 7.1 приведена обычная связь магнитной между температуры и проницаемости.
Рис. 7.1. Зависимость магнитной проницаемости ферритов от температуры
В лабораторной работе № 7 определяется точка Кюри ферримагнитного материала. Ферримагнитный материал выбран вследствие того что у многих этих материалов точка Кюри ниже 400 оС и ее несложно выяснить в лабораторных условиях. А у ферромагнитных материалов она значительно выше. Так, для чистого железа точка Кюри образовывает 768 оС, для никеля 358 оС, для кобальта 1131 оС.
Для характеристики трансформации магнитной проницаемости от температуры пользуются температурным коэффициентом магнитной проницаемости:
TK? =
,
где TKm – температурный коэффициент, град-1; m1 и m2 – магнитные проницаемости при температурах t1 и t2 соответственно, причем t2 t1.
Эту лабораторную работу возможно делать на экспериментальной установке (ч. 1, рис. 7.2).
Для этого нужно измерить цифровым прибором АМ-3003 индуктивность однослойной катушки, равномерно намотанной на ферритовый сердечник.
Магнитная проницаемость для того чтобы сердечника рассчитывается по формуле
? =
,
где L – измеренная индуктивность, Гн; n – число витков катушки (n = 100);
S – площадь сечения сердечника (рис. 7.2), м2;
– средняя протяженность магнитопровода, м; ?o – магнитная постоянная (?o = 4?·10-7 Гн/м).
Магнитные особенности вещества, Киевнаучфильм, 1980
