Thực hành vật lý chất rắn - Bài 4. Xác định nhiệt độ Curie của Ferit từ

Chia sẻ: Trinh Lan Hoa Hoa | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

939
lượt xem 63
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ta đo nhiệt độ Curie của chất sắt từ dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và tính chất giảm độ từ thẩm µ xuống xấp xỉ 1 của chất sắt từ. Ta dùng phần mền Curie để quan sát sự thay đổi điện thế U2 trên cuộn thứ cấp theo nhiệt độ. Quan sát sự thay đổi đó trong hai trường hợp: - Tăng dần nhiệt độ của mẫu từ nhiệt độ phòng lên đến nhiệt độ Tc , để cho quá trình chuyển pha Sắt từ - Thuận từ diễn ra - Giảm nhiệt độ từ nhiệt độ T Tc về đến...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thực hành vật lý chất rắn - Bài 4. Xác định nhiệt độ Curie của Ferit từ

BÁO CÁO THỰC HÀNH VẬT LÝ CHẤT RẮN Bài 4. XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CURIE CỦA FERIT TỪ Nhóm thực hành: nhóm 2 Những người cùng nhóm: NGUYỄN CHÍ HIẾN TRỊNH THỊ LAN HOA NGUYỄN THƯ SINH Lớp: TN58 – Vật Lí Ngày thực hành: ngày 21 tháng 10 năm 2011 I. Tóm tắt nội dung: Mô tả vắn tắt các nội dung thí nghiệm: Ta đo nhiệt độ Curie của chất sắt từ dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và tính chất giảm độ từ thẩm µ xuống xấp xỉ 1 của chất sắt từ. Ta dùng phần mền Curie để quan sát sự thay đổi điện thế U2 trên cuộn thứ cấp theo nhiệt độ. Quan sát sự thay đổi đó trong hai trường hợp: - Tăng dần nhiệt độ của mẫu từ nhiệt độ phòng lên đến nhiệt độ Tc , để cho quá trình chuyển pha Sắt từ - Thuận từ diễn ra - Giảm nhiệt độ từ nhiệt độ T > Tc về đến nhiệt độ phòng. Sử dụng phần mền Origin để vẽ đồ thị U2 (T). Ngoại suy tuyến tính đoạn giảm dốc nhất của đồ thị để tìm Tc. II. Kết quả: 1. Mô tả sơ lược về điều kiện thực hiện các phép đo Do trong quá trình đo, máy tính gặp lỗi bộ nhớ nên không lưu được các số liệu trong quá trình đo; kết quả của bài báo cáo này là kết quả của nhóm 3 Phương pháp giảng dạy. 2. Trình bày kết quả thu được qua phép đo (dạng bảng biểu, đồ thị,…) III. Thảo luận kết quả:
1. Giải thích nội dung kết quả đo, biện luận để loại bỏ các kết quả nghi ngờ Ta nhận thấy đồ thị U2(T) trong quá trình tăng và giảm nhiệt độ không trùng nhau. Nguyên nhân của hiện tượng này không phải là do sự không chính xác của phép đo mà do bản chất của vật liệu, cụ thể là: - Hiện tượng trễ nhiệt: sự chuyển pha ferit-thuận tại nhiệt độ Curie xảy ra do ứng với nhiệt độ đó, chuyển động nhiệt phá vỡ được hoàn toàn trật tự phản song của các moment từ nguyên tử trong vật liệu Ferit. Tuy nhiên, khi ta đạt đến nhiệt độ Curie, cần có một khoảng thời gian để thực hiện quá trình chuyển pha. Trong khi đó, nhiệt độ của mẫu Ferit vẫn tiếp tục thay đổi. điều đó dẫn đến, ta quan sát thấy sự chuyển pha khi tăng nhiệt độ xảy ra ở nhiệt độ cao hơn so với khi ta giảm nhiệt độ. Nhiệt độ Curie của vật liệu sẽ nằm trong khoảng giữa của hai nhiệt độ đó. - Hiện tượng trễ từ: 2. So sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết Kết quả thu được từ thí nghiệm phù hợp với lí thuyết. IV. Kết luận: Nhiệt độ Curie của vật liệu là: V. Trả lời câu hỏi: 1. Sự phân loại các vật liệu từ, các đặc tính của vật liệu Sắt từ. Thuyết miền từ hóa tự nhiên trong việc giải thích các đặc tính của vật liệu sắt từ.  Ta có thể phân loại các vật liệu từ căn cứ theo cấu trúc từ của chúng thành các loại vật liệu sau: Nghịch từ -5 10 (Diamagnetism) Thuận từ (Paramagnetism) Phản sắt (Antiferromagnetim) giá trị χ tăng từ (Metamagnetism) Từ giả dần (Parasitic bền ferromagnetism) Sắt từ ký (Ferrimagnetism) sinh (Ferromagnetism) (10+6) Ferit từ Sắt từ Trong các vật liệu từ trên, χ có thể có giá trị từ 10-5 đối với vật liệu từ rất yếu đến 10+6 đối với vật liệu từ rất mạnh. χ có thể không phụ thuộc H (I phụ thuộc tuyến tính vào H) hoặc phụ thuộc H (I phụ thuộc phi tuyến tính vào H).  Các đặc tính của vật liệu sắt từ:
- Có µ>>1. Các momen từ của vật liệu sắt từ định hướng song song - trong từng vùng nhất định gọi là các domain ngay cả khi H = 0. Các domain này bình thường định hướng hỗn loạn sao cho từ độ tổng cộng J của vật liệu bằng 0 khi H = 0. Khi H ≠0, momen từ của các domain ưu tiên định hướng song song với từ trường ngoài, do đó từ độ tổng cộng của vật liệu khác không. Từ trường cần thiết để từ hóa bão hòa vật liệu sắt từ nhỏ, cỡ - 4 10 Oe. Đường phụ thuộc của J theo H là đường phi tuyến và - được gọi là đường cong từ hóa. Đường phụ thuộc của χ theo H cũng một đường phi tuyến. - Từ một điểm trên đường cong từ hóa ta giảm từ trường H về 0 - rồi tăng theo phương ngược lại cho đến khi bằng giá trị ban đầu (về giá trị tuyệt đối) rồi lại giảm về 0, rồi lại tăng đến điểm xuất phát ta sẽ nhận được một đường cong kín gọi là đường cong từ trễ. Sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ của các vật liệu sắt từ có - đặc điểm là từ độ giảm về 0 ở nhiệt độ Tc gọi là nhiệt độ Curie, trên nhiệt độ Tc vật liệu trở thành thuận từ.  Giải thích các đặc tính của vật liệu sắt từ bằng thuyết đoment: - Thuyết miến từ hóa tự nhiên (đômen từ): thuyết miền từ hóa tự nhiên hay thuyết domain từ được đưa ra bởi Weiss. Weiss giả thiết rằng trong điều kiện thường và ngay khi không có từ trường, trong vật sắt từ tồn tại các miền từ hóa nhỏ (các domain từ). Trong từng miền này, momen từ của các nguyên tử định hướng song song với nhau. Momen từ tổng cộng của các nguyên tử trong từng domain tạo nên mômen từ của domain đó. Xét trên toàn vật, momen từ của các domain định hướng hỗn độn, do vậy khi chưa bị từ hóa, vật sắt từ không thể hiện từ tính. Giải thích tính sắt từ: -
Khi vật sắt từ chưa bị từ hóa, các mômen từ của các domain định hướng hỗn độn trong không gian, do vậy, vật liệu không có từ tính. Khi thực hiện từ hóa vật (đặt vật trong từ trường), từ trường sẽ định hướng lại các vecto môment từ của các domain. Kết quả dẫn đến là các momen từ của các domain định hướng ưu tiên theo phương của từ trường ngoài H, do đó xét trên toàn vật sắt từ nó có một men từ tổng cộng khác không, vật liệu có tính sắt từ. Do quá trình từ hóa (bao gồm dịch vách domain vaF quay hướng momen từ) là không thuận nghịch do đó ta thu được chu trình từ trễ. Khi giá trị của từ trường ngoài tăng dần đến một giá trị H0, toàn bộ môment từ của các domain định hướng song song với H. Khi đó từ độ của vật không tăng được nữa kể cả ta có tăng từ trường ngoài. Ta nó rằng vật liều đạt trạng thái bão hòa từ. 2. Mạch từ và từ trở:  Mạch từ là tập hợp các vật hoặc các miền không gian trong đó có các đường cảm ứng từ khép kín  Giống như điện trở, từ trở của đoạn mạch phụ thuộc vào chiều dài l của mạch từ và tiết diện ngang S, độ từ thẩm tuyệt đối µµ0 đóng vai trò điện dẫn suất: Rm = Từ trở toàn phần của mạch từ ghép nối tiếp: Rm = Rm1 + Rm2 + Rm3 + … Từ trở toàn phần của mạch từ ghép song song: 3. Nguyên tắc xác định nhiệt độ Curie bằng phương pháp cảm ứng điện từ Đặt vào cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều U1, do hiện tượng cảm ứng điện từ mà trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiện một hiệu điện thế xoay chiều U2. Nếu ta tăng nhiệt độ của thanh ferit F tới nhiệt độ Tc thì độ từ thẩm µ của thanh Ferit giảm nhanh xuống đến giá trị µ . Khi đó, từ trở của toàn mạch tăng nhanh, từ thông qua cuộn n2 giảm, suất điện động U2 giảm nhanh xuống giá trị U0. Nhiệt độ Tc chính là nhiệt độ Curie cần tìm 4. Các ghép nối bài thực hành với hệ đo. Nguyên tắc biến đổi tương tự - số và cách đo nhiệt độ bằng máy tính. Nguyên tắc làm việc của máy tính với bài thực hành Các ghép nối bài thực hành với hệ đo: Nối cặp nhiệt điện đến hộp kết nối máy tính ở kênh đo nhiệt độ và nối hai chốt của cuộn thứ cấp hoặc n 2 đến hộp kết nối với máy tính ở kênh đo hiệu điện thế để xác định hiệu điện thế của thanh
ferit và hiệu điện thế U2. Nguyên tắc biến đổi tương tự số: Biến đổi tín hiệu vào dạng xung thành tín hiệu ra dạng số. Nguyên tắc làm việc của máy tính giống như thiết bị chỉ thị số: Tín hiệu sau khi được biến đổi tương tự- số và được mã hóa sang hệ nhị phân, rồi sẽ được giải mã để có thể quan sát được các giá trị trong hệ đếm thập phân 5. Cách xác định nhiệt độ Curie từ đồ thị sự phụ thuộc của suất điện động cảm ứng vào nhiệt độ. Sử dụng chương trình origin để xử lý kết quả thực nghiệm Cách xác định nhiệt độ Curie từ đồ thị sự phụ thuộc của suất điện động cảm ứng theo nhiệt độ: Lấy tiếp tuyến của đoạn dốc nhất trong đồ thị suất điện động cảm ứng theo nhiệt độ trên cả đường nhiệt độ tăng và đường nhiệt độ giảm. Lấy giá trị trung bình của giao điểm giữa đường tiếp tuyến và đường nằm ngang ta được giá trị của nhiệt độ Curie. 6. Ý nghĩa thực tế của việc xác định nhiệt độ Curie của vật liệu sắt từ Nhiệt độ Curie là nhiệt độ chuyển pha từ sắt từ hoặc Ferit từ sang thuận từ. khi nhiệt độ của mẫu sắt từ hoặc Ferit tăng cao hơn nhiệt độ Curie nó mất đi tính sắt từ (thuận từ) và thể hiện các tính chất từ giống như là vật liệu thuận từ. Việc xác định nhiệt độ Curie của vật liệu sắt từ có những ý nghĩa quan trọng đối với việc nghiên cứu các vật liệu đó. - Khi khảo sát tính chất sắt từ, ta chú ý giữ nhiệt độ của vật mẫu nhỏ hơn nhiệt độ Curie - Biết được nhiệt độ Curie, ta biết được nhiều thông số của vật liệu sắt từ: • TC là chỉ thị trực tiếp của độ lớn trường phân tử Weiss • TC là thước đo tương tác trao đổi • TC là thước đo cường độ tương tác gây ra sự trật tự của các mômen từ