BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CURIE CỦA FERIT TỪ Nhóm 5: Lê Văn Thuận Nguyễn Thị Thúy Tình Trần Thị Tuyết Thongphanh Xiayalee Lớp: Cao học Vật lí K22 Chuyên ngành: Lý luận Phương pháp giảng dạy Vật lí Ngày thực hành: 21/5/2013 I Tóm tắt nội dung: Mục đích thí nghiệm: Xác định nhiệt độ Curie Tc ferit từ Tóm tắt lí thuyết: - Các vật liệu sắt từ đặt vào từ trường H bị từ hóa Nguyên nhân bên khối sắt từ có xuất từ trường phụ B’ hướng lớn so với H - Từ trường tổng hợp khối sắt lúc này: B = µ0H + B’ = µ0µH B’ : Từ trường xuất khối sắt từ  : Độ từ thẩm uur uur B ' / / H , B’ >> H  phụ thuộc vào độ lớn H cách phức tạp đạt 10 Do đó, từ trường tổng hợp khối sắt lớn gấp hàng vạn lần so với từ trường - Các vật liệu sắt từ có ứng dụng rộng rãi kĩ thuật điện để làm biến điện, động điện, nam châm điện, rơ le điện từ,… - Bên cạnh khả từ hóa mạnh có hàng loạt tính chất khác với tính chất chất thuận từ nghịch từ, phụ thuộc không tuyến tính H B, tượng từ trễ, tượng từ giảo,… - Tính chất sắt từ thể khoảng nhiệt độ xác định Nếu khối sắt từ bị nung nóng đến nhiệt độ T ≥ TC tính chất sắt từ biến trờ thành chất thuận từ Nhiệt độ TC gọi nhiệt độ Curie, giá trị phụ thuộc vào chất chất sắt từ Tại nhiệt độ TC, chất sắt từ có hàng loạt dị thường nhiệt dung, điện trờ suất, từ giảo Ở gần nhiệt độ Curie, hệ số từ hóa ban đầu chất sắt từ đạt cực đại Các đặc tính chất sắt từ giải thích thuyết miền từ hóa tự nhiên II Kết thí nghiệm: Điều kiện thực phép đo: Đặt điện áp lối xoay chiều nguồn giá trị 2v 0.60 0.55 U2(V) T1=160(0C) 0.50 T2=142(0C) 0.45 0.40 0.35 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 T(0C) Kết thu được: - Ngoại suy tuyến tính đường giảm đồ thị ta xác định giá trị TC ứng với đường đường + Với đường ta thu được: T1 = 160 0C + Với đường ta thu T2 = 142 0C  Nhiệt độ Curie sắt từ là: TC = T1  T2  151 C Những biến cố xảy trình đo: - Tốc độ truyền nhiệt độ giảm nhiệt độ không đều: lúc tăng, lúc giảm - Kỹ làm thí nghiệm chưa tốt III Thảo luận kết quả: Đồ thị thực nghiệm thu có đường đo đường đo không trùng Ngoại suy thuyến tính từ đồ thị ta thu khoảng giá trị Tc Trong đó, nhiệt độ Curie tính theo lí thuyết có giá trị Sự khác do: trình biến đổi sắt theo nhiệt độ trình không thuận nghịch, nên đồ thị đường đo đường đo khác Do ta xác định giá trị khác nhiệt độ Curie IV Kết luận: - Nhiệt độ Curie sắt từ xác định là: 153,50 C V Trả lời câu hỏi: Câu 1: Sự phân loại vật liệu từ, đặc tính vật liệu sắt từ? Thuyết miền từ hóa tự nhiên việc giải thích đặc tính vật liệu sắt từ? Phân loại vật liệu sắt từ: Để phân loại vật liệu từ quan điểm nghiên cứu bản, người ta dựa dấu độ lớn độ cảm từ  phụ thuộc nhiệt độ Ngoải ra, có nhiều cách phân loại khác việc phân loại dựa vào cấu trúc,… + Chất nghịch từ:  < 0, |  | 1 Là chất có momen từ tự phát nhiệt độ đặc trưng cho chất, gọi nhiệt độ Curie + Chất phản sắt từ:  > 0,  không lớn Là chất có momen từ định hướng dối song song bừ trừ nhiệt độ xác định, gọi nhiệt độ Nell (TN) + Chất ferit từ:  > 0,  có giá trị tương đối lớn Là chất có momen từ tự phát nhiệt độ Curie, xếp đói song song không bù trừ Các đặc tính vật liệu sắt từ: + Các chất sắt từ thong thường dễ đạt giá trị bão hòa từ trường cường độ nhỏ Từ độ bão hòa chất sắt từ thường có giá trị lớn + Các tính chất lý thú vật liệu ứng dụng nhiều đời sống kỹ thuật: từ trễ, tượng từ giảo, tượng từ điện trở, độ dẫn từ,… + Tính chất sắt từ xuất khoảng nhiệt độ xác định Nếu khối sắt từ bị nung nóng đến nhiệt độ T  TC tính chất sắt từ biến vật chuyển thành thuận từ Tại nhiệt độ TC, số tính chất liên quan đến trật từ từ có tính dị thường theo nhiệt độ như: hệ số giãn nở nhiệt, nhiệt dung, từ giảo,… Thuyết miền từ hóa tự nhiên: + Các tính chất sắt từ giải thích dựa thuyết miền từ hóa từ nhiên Theo lý thuyết Weiss, chất sắt từ có từ trường phân từ Từ trường tác dụng lên spin từ để chúng xếp song song hình thành nên miền từ hóa tự nhiên (đômen từ) Việc phân chia đômen từ đảm bảo lượng vật cực tiểu + Mỗi mẫu sắt từ lại cấu tạo từ nhiều đômen, đômen thường có kích thước khoảng 0,01  0, mm chứa khoảng 1011 – 1019 nguyên từ Bình thường, từ trường đomen định hướng hỗn loạn nên vật sắt từ từ trường Khi đặt từ trường vào, xảy tượng từ hóa vật liệu có từ tính Câu 2: Mạch từ từ trờ: Mạch từ kín : khung sắt từ kín có hình dạng khác Đối với mạch từ kín đường sức từ chạy mạch không thoát Mạch từ hở: Một mạch từ không tạo khung từ không kín gọi mạch từ hở Đối với mahcj từ hở, phần đường sức từ nằm mạch từ Từ trờ: Xét mạch từ đơn giản gồm đoạn mạch khung sắt từ có tiết diện ngang S, có độ từ thẩm  đoạn mạch khe hở ( không khí) nhỏ có tiết diện có độ từ thẩm  k Hình 2: Mạch từ không phân nhánh Suất từ động:  m  NI Với: N số vòng dây điện khung; I cường độ dòng diện qua cuộn dây;  m gọi suất từ động Từ thông liên hệ với suất từ động theo biểu thức:  m Rm Với Rm gọi từ trở toàn phần mạch, với mạch xét thì: Rm= lk l   S   k S l chiều dài trung bình khung; l k khoảng cách khe hở Các đại lượng: rm = l l , rmk = k từ trở tương ứng 0 S 0  k S Vậy Rm = rm + rmk, tức từ trở toàn phần mạch từ không phân nhánh tổng từ trờ mạch từ hợp thành Kết với mạch từ không phân nhánh gồm nhiều đonạ mạch từ hợp thành Rm = rm1 + rm2 + … + rmn Câu 3: Nguyên tắc xác định nhiệt độ Curie phương pháp cảm ứng điện từ: Ferit Sơ đồ nguyên lý phép đo: - Biến mắc qua ổn áp cung cấp H hiệu điện xoay chiều cho cuộn sơ cấp - Biến cung cấp điện chiều cho N1 N2 bếp H - Cặp nhiệt điện C dùng để đo nhiệt độ ferit Tín hiệu từ C cuộn thứ Hình Sơ đồ nguyên lí phép đo cấp nối với máy tính qua cạc ADC H: lò nung, Trong máy có sẵn bảng chuẩn N1: cuôn sơ cấp suất điện động theo nhiệt độ N2: cuộn thứ cấp Nguyên tắc: - Khi đặt hiệu điện thé xoay chiều cào cuộn sơ cấp tượng cảm ửng điện từ xuất hiệu điện U2 - T tăng U2 tăng Khi T tăng đến nhiệt độ T = Tc  giảm nhanh, từ trở toàn phần giảm nhanh từ thông giảm Khi U2 giảm nhanh xuống giá trị U0 Tc nhiệt độ Curie Câu 4: Các ghép nối thực hành với hệ đo Nguyên tắc biến đổi tương tự số cách đo nhiệt độ máy tính Nguyên tắc làm việc máy tính với thực hành Hệ đo: Để đo nhiệt độ ferit điện cuộn n2 ta sử dụng đồng hồ vạn Keithley 2000 Đồng hộ ghép nối với máy tính để thu thập liệu Nguyên tắc biến đổi tương tự số ADC: - Mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, chuyển tín hiệu ngõ vào tương tự (dòng điện điện áp) sang thành tín hiệu số có giá trị tương ứng, làm việc với CPU - Chuyển đổi ADC có nhiểu phương pháp Tuy nhiên, phương pháp có thông số sau + Độ xác chuyển đổi ADC + Tốc độ chuyển đổi + Dải biến đổi tín hiệu tương tự ngõ vào UA Mạch lấy mẫu ADC UM Lượng tử hóa Mã hóa UD Hình 4: Sơ đồ khối biến đổi tương tự số - Nguyên tắc: Tín hiệu tương tự đưa đến mạch lấy mẫu, tín hiệu mạch lấy mẫu đưa ta đến mạch lượng hóa làm tròn với độ xác  Q Sau đó, mạch lượng tử hóa mạch mã hóa.Trong mạch mã hóa kết lượng tử hóa xếp lại theo quy luật định phụ thuộc vào loại mã yêu cầu đầu chuyển đổi Trong nhiều loại ADC trình lượng tử hóa mã hóa diễn đồng thời tách chúng Cách đo nhiệt độ máy tính: Trong máy tính có sẵn bảng chuẩn nhiệt độ hiệu điện Vì thế, tín hiệu nhiệt chuyển thành tín hiệu điện Sử dụng chuyển đổi ADC chuyển thành tín hiệu số Tiếp theo, tín hiệu số chuyển thành tín hiệu điện nhiệt đưa hình máy tính giá trị dời dạc Nguyên tắc làm việc máy tính với thực hành chúng ta: Thông qua đồng hồ vạn Keithley 2000 tín hiệu điện tín hiệu số thực hành chuyển đến máy tính Máy tính thực chuyển đổi ADC, so sánh nhiệt độ hiệu điện chuẩn Kết quả, máy tính cung cấp cho bảng giá trị hiệu điện nhiệt độ lớn Tiếp theo, sử dụng phần mềm Origin, vẽ đồ thị phụ thuộc hiệu điện U2 nhiệt độ Ngoại suy nhiệt độ Curie Câu 5: Cách xác định nhiệt độ Curie từ đồ thị phụ thuộc suất điện động cảm ứng theo nhiệt độ Sử dụng chương trình Origin để xử lý kết thực nghiệm? Cách 1: Ngoại suy tuyến tính đường đo đường đo Cách 2: Vẽ đường thẳng qua đoạn dốc đồ thị đường thẳng qua điểm nằm ngang đồ thị ( đoạn ứng với giá trị U0) Hai đường cắt điểm Từ suy nhiệt độ Curie ... chất sắt từ thể khoảng nhiệt độ xác định Nếu khối sắt từ bị nung nóng đến nhiệt độ T ≥ TC tính chất sắt từ biến trờ thành chất thuận từ Nhiệt độ TC gọi nhiệt độ Curie, giá trị phụ thuộc vào chất. .. ta xác định giá trị khác nhiệt độ Curie IV Kết luận: - Nhiệt độ Curie sắt từ xác định là: 153 ,50 C V Trả lời câu hỏi: Câu 1: Sự phân loại vật liệu từ, đặc tính vật liệu sắt từ? Thuyết miền từ. .. đời sống kỹ thuật: từ trễ, tượng từ giảo, tượng từ điện trở, độ dẫn từ, … + Tính chất sắt từ xuất khoảng nhiệt độ xác định Nếu khối sắt từ bị nung nóng đến nhiệt độ T  TC tính chất sắt từ biến vật