Определение точки Кюри и магнитного момента молекулы ферромагнетика

Работа № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ КЮРИ И МАГНИТНОГО МОМЕНТА МОЛЕКУЛЫ ФЕРРОМАГНЕТИКА

ЦЕЛЬ: наблюдение изменения петли гистерезиса в процессе перехода ферромагнетика в парамагнитное состояние, построение зависимости В(Т), определение температуры Кюри и вычисление магнитного момента молекулы ферромагнетика.

ОБОРУДОВАНИЕ: генератор напряжений специальной формы, осциллограф, «Реостат», «Интегратор тока», «Нагреватель».

  В в е д е н и е    

Замечание: необходимо прочитать Введение в работе № 8, и Введение с методикой измерений в работе № 10.

Точка Кюри – это температура Tс, выше которой намагниченность каждого домена ферромагнетика равна нулю вследствие разориентирующего теплового движения молекул и вещество переходит в парамагнитное состояние.

По мере уменьшения температуры ниже Tc намагниченность ферромагнетика J возрастает, так как магнитные моменты его молекул в пределах каждого домена стремятся выстроиться параллельно друг другу. При достаточно низких температурах магнитные моменты всех доменов устанавливаются вдоль внешнего магнитного поля: наступает магнитное насыщение, при котором намагниченность вещества Js максимальна. Ее величина (магнитный момент единицы объема образца) равна сумме магнитных моментов молекул:

Js = nm,                                                   (1) [pic 1]

где n – концентрация молекул ферромагнетика; μm – магнитный момент одной молекулы.

Строго говоря, полное насыщение, для которого справедлива формула (1), возможно только при T = 0 К. Соответствующую этой температуре величину Js(0) можно найти из связи магнитной индук-

ции                                                 

                 с намагниченностью [pic 2]

        μ0(+),                                           (2) [pic 3][pic 4][pic 5]

где μ 0 = 4π10–7 Гн/м – магнитная постоянная.

М е т о д     и з м е р е н и й

Согласно выражению (2) намагниченность насыщения при T=0 К

        Js(0) = Bs(0)/ μ 0 – Hs(0) ≌ Bs(0)/ μ 0,                           (3)

где Hs(0) << Bs(0)/ μ 0, а индекс «s» означает, что величины относятся к состоянию насыщения ферромагнетика.

Так как напряженность H внешнего магнитного поля не зависит от температуры, то величина Hs(0) = Hs(T). Индукцию насыщения Bs(0) можно найти экстраполяцией кривой Bs(T) в область абсолютного нуля температуры.

Метод определения величин индукции B и напряженности H магнитного поля с помощью петли гистерезиса описан в работе № 10. Там получены следующие расчетные формулы:

Напряженность поля H в вершине петли гистерезиса

                                            H = 2IN1/I ,                                     (4) [pic 6]

где I – действующее значение тока, измеряемое амперметром;           N1 – число витков первичной (намагничивающей) обмотки тороида;   l – длина средней осевой линии тороида.

Величина магнитной индукции насыщения Bs пропорциональна координате y вершины петли гистерезиса: