DETERMINAREA TEMPERATURII CURIE PENTRU MATERIALELE FEROMAGNETICE

Determinarea temperaturii Curie pentru materialele ferOmagnetice

1.Scopul lucrarii

Deteminarea punctului Curie la ferite.

2. Teoria lucrarii.

Feritele sunt substante magnetice semiconductoare a caror formula chimica generala este MOFe₂O₃ , unde M este un ion bivalent al unui metal de tranzitie din grupa fierului: Cu²⁺, Zn²⁺ , Ni²⁺, Co²⁺ etc.

Punctul Curie reprezinta o temperatura caracteristica fiecarei ferite deasupra careia proprietatile magnetice ale feritei nu se mai manifesta ca atare.

Magnetismul substantelor se datoreaza prezentei si orientarii momentelor magnetice individuale ale constituientilor acestora. Astfel, substantele sunt susceptibile sa se magnetizeze intr-un camp magnetic macroscopic, adica sa-si creeze un camp magnetic propriu. Dupa proprietatile magnetice, substantele se impart in trei grupe fundamentale: diamagnetice, paramagnetice si feromagnetice. Aceasta clasificare se face dupa valorile susceptibilitatii magnetice pe unitatea de volum din substante, definite ca raportul dintre momentul magnetic al unitatii de volum din substanta, si campul magnetic macroscopic de inductie :

(1)

Substantele diamagnetice au susceptibilitatea magnetica () negativa iar cele paramagnetice au pozitiv, dar relativ mic.

Substantele feromagnetice se caracterizeaza printr-o magnetizare importanta datorata existentei unei interactii cuantice puternice a momentelor magnetice ale atomilor existenti in reteaua cristalina. In urma acestei interactii se creeaza o stare ordonata a momentelor magnetice corespunzatoare unei orientari paralele a acestora. Daca orientarea momentelor magnetice ale atomilor vecini este antiparalela atunci substanta este antiferomagnetica. In acest caz structura magnetica a cristalului apare drept complexa, constand in doua subretele magnetizate in sens contrar. Daca momentele magnetice ale celor doua subretele sunt egale numeric atunci nu se manifesta nici o magnetizare spontana a cristalului. Daca ele sunt diferite apare o diferenta intre momentele magnetice ale celor doua subretele si in consecinta cristalul se magnetizeaza spontan. Acesta este cazul antiferomagnetismul necompensat sau al ferimagnetismului . Deoarece cuplarea momentelor magnetice nu se realizeaza la nivelul intregului cristal ci microscopic, la nivel zonal, in cadrul fiecarei subretele apar domenii de magnetizare spontana, numite domenii Weiss, caracterizate prin alinierea paralela a momentelor magnetice (fig.1). In fig. 1 s-a reprezentat doar momentul rezultant al fiecarei perechi de momente magnetice antiparalele.

Fig.1

Intregul corp ferimagnetic apare virtual impartit in astfel de domenii ale caror momente magnetice rezultante sunt orientate dezordonat.

Un camp magnetic extern poate orienta momentele magnetice ale domeniilor, substanta magnetizandu-se puternic. Vibratiile termice ale atomilor submineaza insa actiunea de orientare astfel ca, peste o anumita temperatura, caracteristica fiecarei substante ferimagnetice, magnetizarea spontana dispare si corpul devine paramagnetic. Temperatura la care aceasta tranzitie are loc este numita temperatura Curie, pe care ne propunem s-o determinam in lucrarea de fata, in cazul unei ferite.

Stiind ca susceptibilitatea variaza in faza paramagnetica cu temperatura conform legii Curie-Weiss :

(2)

vom determina si valoarea substantei Curie, C, deoarece , unde este constanta campului molecular care are in cazul feritei folosite valoarea, .

3. Dispozitivul experimental si modul de lucru.

Pentru determinarea punctului Curie se utilizeaza un transformator cu o bobina primara P si doua bobine secundare S₁ , S₂ infasurate invers si conectate in serie. In circuitul acestora se afla un instrument de masura de curent continuu (milivoltmetru sau microampermetru) si o dioda redresoare (figura 2).

Cele doua infasurari S₁ si S₂ sunt practic identice astfel ca tensiunile induse in ele se compenseaza si instrumentul de masura (G) arata indicatia zero. Daca insa intr-una din infasurarile secundare se introduce o bara de ferita F, simetria lor se strica, tensiunea indusa in infasurarea care contine ferita fiind mai mare decat a celeilalte, iar instrumentul va indica o anumita tensiune sau un anumit curent. Aceasta depinde de masa si forma feritei, de permeabilitatea sa magnetica precum si de caracteristicile constructive ale infasurarilor (lungime, numar de spire etc.) si ale instrumentului de masura. Deoarece toate caracteristicile constructive sunt o data stabilite prin montaj se va putea modifica doar magnetizarea feritei prin varierea temperaturii acesteia si in consecinta indicatia instrumentului de masura va depinde exclusiv de aceasta. Astfel, ferita este introdusa intr-un cuptor C alimentat de la retea prin intermediul unui intrerupator (K).

Temperatura este indicata de termometrul T care este asezat cu gradatia 70⁰C la nivelul capacului cuptorului.

Prin marirea treptata a temperaturii se va reduce permeabilitatea magnetica a feritei, scazand in mod corespunzator deviatia pe instrumentul G, aceasta devenind practic zero dupa atingerea punctului Curie.

Fig. 2

Dupa recunoasterea montajului se incepe incalzirea cuptorului si se efectueaza determinarile simultane ale temperaturii si ale tensiunii U sau curentului I indicat de instrumentul G.

Citirile se vor face din 5 in 5 (⁰C) pana cand indicatia instrumentului scade la cateva diviziuni si temperatura ajunge la 180⁰ C - 190⁰ C. Se intrerupe incalzirea cuptorului si se repeta determinarile la racire pentru aceleasi temperaturi ca la incalzire. Cand temperatura a scazut la 70⁰C determinarile se considera incheiate.

4. Prelucrarea datelor experimentale

Se reprezinta pe hartie milimetrica graficul dependentei curentului I in functie de temperatura . Se traseaza distinct curba pentru incalzire si cea pentru racire, care trebuie sa aiba o forma neteda, continua. Se duc apoi tangentele la fiecare curba in punctele de inflexiune. Aceste tangente se prelungesc pana la intersectia cu axa abcisei si se citesc cele doua valori pentru temperatura. Punctul Curie se calculeaza ca media aritmetica a acestor temperaturi. Apoi se determina valoarea constantei Curie, C cu ajutorul relatiei:

.