Винтайкин Б.Е. Физика твердого тела (2-е издание, 2008) (1135799), страница 48

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 48)

295 4 а б Рис. 523. Схема внбрацнонного магнетометра (а); форма н направление намотки верхних н нижних катушек (б) Для измерения намагниченности и магнитной восприимчивости в сильных внешних магнитных полях, близких к полю насыщения, используют различные типы магнетометров. Самым распространенным из них считают вибрационный магнетометр, работа которого основана на законе электромагнитной индукции (рис.

5.23). В зазоре полюсов 1 сильного электромагнита, создающего внешнее однородное магнитное поле, размещают малогабаритный нагреватель 2, внутри которого находится штанга вибратора с закрепленным на ней образцом изучаемого магнетика 4. Образец совершает гармонические колебания со строго заданной частотой и амплитудой в направлении, перпендикулярном силовым линиям. Около полюсов электромагнита размещают последовательно соединенные одинаковые, симметрично расположенные относительно образца катушки 3.

Соединение концов катушек таково, что они не чувствительны к изменениям однородного внешнего магнитного поля, но реагируют на изменения неоднородного магнитного поля, возникающего при перемещении образца в направлении, 296 перпендикулярном силовым линиям (см. рис. 5.23, б). При гармонических колебаниях образца с частотой оз в катушках создается ЭДС индукции с частотой ю и с амплитудой, пропорциональной намагниченности образца 3. Температуру об- 2 разца регистрируют термопарой 5, имеющей непосредственный контакт с образцом. Напряженность магнитного поля измеряют датчиком Холла (см.

4.4). С помощью такого маги етом стра можно получать зависимости 3(Т) в магнитных 3 полях разной напряженности (до !...3 Тл). Можно также, варьируя Н, получать зависимости 3(Н) при заданной температуре, что позволяет измерять и параметры Рис. 5.24. Схема магнето- петли гистерезиса (см. 5.6) при различ- метра Акулова ных температурах. Для аналогичных целей используют также магнетометр Акулова — систему из двух одинаковых постоянных магнитов 2, подвешенных на тонкой нити! (рис. 5.24). Такая система нечувствительна к однородному магнитному полю, так как вращательные моменты, действующие на верхний и нижний одинаковые магниты, будут противоположно направленными и равными друг другу. Но эта пара магнитов закручивается под влиянием неоднородного поля образца 3, поскольку в неоднородном магнитном поле вращательные моменты, действующие на верхний и нижний одинаковые магниты, будут, хотя и противоположно направленными, но разными.

По углу закручивания нити можно определить магнитный момент образца 3, если предварительно проградуировать прибор по образцу с известным магнитным моментом, который помещен на место образца. Определение температуры Кюри. Для определения температуры Кюри ферромагнетиков, ферримагнетиков а также зависимости их намагниченности от температуры используют рассмотренные выше методы. Вследствие большого значения 1 образец можно сделать весьма малым, поэтому рассмотренными выше методами удается отределять температуру Кюри тонких пленок магнитоупорядоченных веществ. Температуре Кюри соответствует точка Тс на !0 — 2500 297 тс т о Тг., ~ б ! Тсг Т ! ! ! с, Тс т о Тс Тсг Т г Рис. 5.25.

Определение температуры Кюри фаз в одно- и многофазных твеРдых телах с использованием зависимостей У(Т) (а, б) и Сг(т) (в, г) оси абсцисс (рис. 5.25, а, б), в которой намагниченность резко изменяет свое значение. Таким методом измеряют температуру Кюри многофазных образцов, что важно для создания новых магнитных материалов и для определения состава фаз этих материалов. При температуре Кюри зависимость теплоемкости от температуры имеет особенность (рис. 5.25, в, г и рис.

5.5), что также используют для определения Тс. На основе рассмотренных выше методик разработаны многочисленные промышленные датчики. С помощью дифференциального трансформатора можно с высокой точностью регистрировать малые перемещения и углы поворота. Для этого из устройства, изображенного на рис. 5.22, удаляют печь и образец, а среднюю катушку делают подвижной, жестко привязанной к узлу, перемещения (или повороты) которого требуется измерять.

Смещение этой катушки приведет к появлению ЭДС, которую измеряют и пересчитывают в смещение узла. Такие устройства, используемые в дилатометрии (см. 3.4), позволяют измерять смещения в сотые доли микрометра. Датчики, аналогичные по конструкции вибрационному магнетометру (см. рис. 5.23), нечувствительны к изме- 298 г(Ф г(В Й'(г) = — — = — М5, г(г й (5.34) где Ф вЂ” поток вектора магнитной индукции, пронизывающий катушку, содержащую )т' витков; 5 — площадь сечения образца. ЭДС Й~г) интегрируют с помощью электронных схем и получают зависимость В(г) в виде электрического сигнала. Для подобных измерений, в первую очередь магнитомягких материалов, также используют образцы торроидальной формы, на 3 ! 2 Рнс.

5.26. Схема измерения параметров петли гнстерезнса ферромвгне- тика в медленно меняющемся внешнем магнитном поле; а, в — для образцов мвгнитомягкого ферромвгнетнкв сильно вытянутой н тор- рондвяьной формы; б — для образцов мвгннтожесткнх ферромвгнетнков 299 го* пениям внешнего магнитного поля и регистрируют малые колебания в различных приборах, определяющих шумы и вибрации.

Измерение параметров петли гистерезиса ферромагиетиков. Разработаны несколько методов измерения параметров петли гистерезиса ферромагнетиков — очень важной задачи для практического использования ферромагнетиков. Самый распространенный из них основан на явлении электромагнитной индукции. Образец ферромагнетика помещают в создаваемое соленоидом или электромагнитом однородное магнитное поле с напряженностью Н (рис.

5.26, а), которая измеряется датчиком Холла. Образец применяют удлиненной формы — для уменьшения искажений магнитного поля, обусловленных самим образцом. Часто при изучении магнитожестких материалов с большими значениями коэрцитивной силы образец располагают вплотную к перемещающимся полюсам электромагнита (рис. 5.26, б). На образец надевают плотно прилегающую катушку, содержащую 20 — !00 витков тонкого провода.

Прн изменении в образце индукции магнитного поля в этой катушке появится ЭДС электромагнитной индукции которые наматывают две катушки — измерительную и создающую магнитное поле (рис. 5.26, в). Величину НЯ вычисляют по току в намагничивающей катушке, а В(() определяют, проинтегрировав сигнал с измерительной катушки. Сигналы НЯ (пропорциональный намагничивающему току или с датчика Холла) и В(г) направляют на осциллограф. Тогда на экране осциллографа получают петлю гистерезиса. Этот метод называют осциллографированием петель гистерезиса.

Он не очень точный, и в последнее время вытесняется компьютерными методами, позволяющими сигналы Н(~) и В(г) сразу оцифровать, обработать и сразу на экране компьютера изобразить петлю (или петли— полные и частные) гистерезиса. Также применяют баллистический метод измерения параметров петель гистерезиса, который сводится к определению заряда, протекшего через измерительную катушку при быстром изменении внешнего магнитного поля. С этим методом можно ознакомиться в литературе по электромагнетизму, однако он весьма трудоемкий и в настоящее время вытесняется рассмотренными выше методиками.

Описанные методы измерения параметров петель гистерезиса, в которых используется плотно надетая на образец ферро- или ферримагнетика измерительная катушка, применяют, как правило, при температуре до 400...500 К, поскольку при более высоких температурах разрушается изоляция провода катушки. Для определения параметров петель гистерезиса при более высоких температурах обычно применяют рассмотренные выше магнетометры. Отметим, что методы измерения параметров петель гистерезиса, в первую очередь коэрцитивной силы и формы кривой намагничивания, часто обладают большей чувствительностью к незначительным изменениям структуры вещества, например к появлению мелких дефектов структуры, чем методы прямого наблюдения структуры, а также дифракционные.

Константы магнитной анизотропии (см. 5.2) вычисляют по угловой зависимости вращательного момента монокристаллического образца в виде шара, намагниченного во внешнем магнитном поле. Для этих целей используют приборы, называемые магнитными анизометрами. 300 Задача 5.5. Получите выражение для ЭДС, регистрируемой катушкой 2 (см. рис.

5.2б, в), содержит У2 = 1О витков провода, намотанного на тонкий торроидальный образец радиусом г=0,02 м и площадью сечения 5 = 10 м при синусоидальном изменении индукции в нем; -5 2 В = Всгйп ок (Вс = 1 Тл) и частотой ю = 300 Гц. Какое число витков Мз должна содержать катушка 3, намагничивающая торроид, при максимальном токе, равном 1 А, если Н, = 1000 Аlм? Решении Согласно формуле (5.34), ЭДС электромагнитной индукции г1Ф ВВ 8(г) = — — = -М5 — =-Н5В шсоз!шг). й й Амплитуда гармонической ЭДС О'„= %5Всю = 31 мВ.

Поле торроида вычислим с помощью теоремы о циркуляции вектора напряженности Й, согласно которой 2пНг = Нз(. Из зтого соотношения определим число витков Нз = 2пНг/1 = 125. 6. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ Сверхпроводимость открыл Х. Камерлинг-Оннес в 1911 г.

Характеристики

Список файлов книги