Studiul dispersiei permeabilitatii magnetice a unor materiale ferimagnetice

Studiul dispersiei permeabilitatii magnetice a unor materiale ferimagnetice

Scopul lucrarii

Lucrarea isi propune studiul dependentei de frecventa a permeabilitatii magnetice a unei ferite si determinarea frecventei de rezonanta, prin masurari efectuate la frecvente inferioare acesteia.

Consideratii teoretice

Feritele sunt materiale cristaline, predominant ionice, cu un numar redus de electroni de conductie, motiv pentru care rezistivitatea lor prezinta valori foarte ridicate (pana la ). Rezulta ca, la astfel de materiale, proprietatile semiconductoare se imbina cu proprietatile dielectrice si acestea sunt folosite in tehnica frecventelor inalte si ultrainalte.

Cel mai cunoscut tip de ferita este ferita de structura spinelica. Compozitia chimica a feritei spinelice este , unde reprezinta fie un ion metalic bivalent: , fie combinatii de ioni de valenta diferita, care echivaleaza pe molecula de ferita cu ion de metal bivalent (ex. ).

Fig. 1

Substantele ferimagnetice poseda domenii de magnetizare spontana cu dimensiuni liniare de () cm, avand o magnetizatie proprie nenula, diferita de la un domeniu la altul. Aceste domenii de magnetizare sunt despartite prin pereti - numiti pereti Bloch - a caror grosime este mult mai mica decat dimensiunile domeniilor de magnetizare. Prin notiunea de perete al domeniului se intelege portiunea ce cuprinde straturile atomice care separa domeniile magnetizate in directii diferite. La scara atomica, din considerente energetice, nu poate avea loc o tranzitie brusca de la o directie a magnetizarii la alta. Schimbarea directiei magnetizarii, de la un domeniu la altul se face gradat, pe un numar oarecare de plane atomice.

Cresterea magnetizarii sub actiunea unui camp magnetic are loc, in campuri slabe, prin deplasarea peretilor Bloch si marirea volumului domeniilor orientate in directia campului, in defavoarea celor cu o orientare mai putin favorabila. Energia potentiala scade la deplasarea peretilor Bloch si miscarea peretilor inceteaza la stabilirea unui echilibru cerut de conditiile de energie minima. Marind intensitatea campului magnetic exterior, se invinge forta de echilibru, miscarea peretilor reincepe si continua pana la atingerea unei intensitati la care practic toate momentele magnetice sunt aliniate in directia campului exterior de magnetizare.

Dependenta tipica de frecventa a partii reale a permeabilitatii magnetice - numita si proprietate de dispersie - este prezentata in fig. 2.

Fig. 2

Zona de dispersie pentru feritele spinelice este situata in domeniul . Studiul curbelor de dispersie evidentiaza aparitia unui maxim pentru o anumita frecventa , numita frecventa de rezonanta. Acest maxim este legat de deplasarea peretilor domeniilor de magnetizare.

Studiindu-se domeniile de mica amplitudine ale peretilor Bloch, sub actiunea unui camp magnetic exterior, se obtine pentru componenta reala a susceptibilitatii magnetice () expresia:

(1)

unde este susceptibilitatea magnetica statica si reprezinta frecventa de relaxare determinata de deplasarea peretilor domeniilor de magnetizare. Cum , intr-o prima aproximatie relatia (1) devine:

(2)

sau:

(3)

Metoda experimentala

Pentru studiul dependentei experimentale s-a utilizat metoda Q-metrului de inalta frecventa in varianta masurarilor cu cadru conductor. Proba este o ferita toroidala de Mn-Zn cu adaos de Ni si Co.

Schema bloc a aparatului (fig. 3) cuprinde un generator de inalta frecventa (50 MHz), o rezistenta care are rolul de a stabiliza curentul, un condensator variabil C, o rezistenta care asigura o tensiune constanta si un milivoltmetru de inalta frecventa care masoara tensiunea la bornele torului () ale carui proprietati se studiaza.

Fig. 3

Prelucrarea datelor experimentale

Tabelul 1

Ultimele doua coloane ale tabelului se completeaza tinand seama de relatiile:

unde , iar .

Pe baza valorilor obtinute in tabel se calculeaza susceptibilitatea magnetica a feritei la diferite frecvente: si inversul acestor valori . Tinand seama de relatia , dependenta este o drepta a carei panta este si a carei intersectie cu ordonata este . Din a si b se vor obtine valorile susceptibilitatii magnetice statice si a frecventei de rezonanta a peretilor domeniilor de magnetizare .

Intrebari

Ce sint feritele?

Ce se intelege prin dispersia permeabilitatii magnetice si ce reprezinta frecventa de rezonanta?

Cum se determina in laborator frecventa de rezonanta?

Ce sint domeniile de magnetizare si ce sint peretii Bloch?