Báo cáo thực hành vật lý chất rắn bài số 5 xác định nhiệt độ curie của ferit từ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CURIE CỦA FERIT TỪ
Nhóm 5: 1. Lê Văn Thuận
2. Nguyễn Thị Thúy Tình
3. Trần Thị Tuyết
4. Thongphanh Xiayalee
Lớp: Cao học Vật lí K22.
Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp giảng dạy Vật lí.
Ngày thực hành: 21/5/2013.
I. Tóm tắt nội dung:
1. Mục đích bài thí nghiệm:
Xác định nhiệt độ Curie Tc của ferit từ.
2. Tóm tắt lí thuyết:
- Các vật liệu sắt từ khi đặt vào trong từ trường H sẽ bị từ hóa. Nguyên nhân là do
bên trong khối sắt từ có xuất hiện một từ trường phụ B’ cùng hướng và rất lớn so
với H.
- Từ trường tổng hợp trong khối sắt lúc này:
B = µ0H + B’ = µ0µH
B’ : Từ trường xuất hiện trong khối sắt từ.
 : Độ từ thẩm.
uur uur
B ' / / H , B’ >> H
4

 phụ thuộc vào độ lớn của H một cách phức tạp và có thể đạt 10 . Do đó, từ

trường tổng hợp trong khối sắt có thể lớn gấp hàng vạn lần so với từ trường ngoài.
- Các vật liệu sắt từ có ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật điện để làm biến thế điện,
động cơ điện, nam châm điện, rơ le điện từ,…
- Bên cạnh khả năng được từ hóa mạnh còn có hàng loạt tính chất cơ bản khác với
các tính chất của chất thuận từ và nghịch từ, như sự phụ thuộc không tuyến tính và

H của B, hiện tượng từ trễ, hiện tượng từ giảo,…

1


- Tính chất sắt từ chỉ thể hiện ở một khoảng nhiệt độ xác định. Nếu khối sắt từ bị
nung nóng đến nhiệt độ T ≥ TC thì tính chất sắt từ biến mất và nó trờ thành chất
thuận từ. Nhiệt độ TC được gọi là nhiệt độ Curie, giá trị của nó phụ thuộc vào bản
chất của chất sắt từ. Tại nhiệt độ TC, chất sắt từ có hàng loạt dị thường về nhiệt
dung, điện trờ suất, từ giảo. Ở gần nhiệt độ Curie, hệ số từ hóa ban đầu của chất
sắt từ đạt cực đại. Các đặc tính của chất sắt từ có thể giải thích bằng thuyết miền
từ hóa tự nhiên.
II. Kết quả thí nghiệm:
1. Điều kiện thực hiện phép đo: Đặt điện áp lối ra xoay chiều của nguồn ở
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)

2. Kết quả thu được:
- Ngoại suy tuyến tính đường giảm nhất của đồ thị ta xác định được 2 giá trị TC
ứng với đường đi và đường về
+ Với đường đi ta thu được: T1 = 160 0C
+ Với đường về ta thu được T2 = 142 0C
2

 Nhiệt độ Curie của sắt từ là: TC =

T1  T2
0
 151 C
2

3. Những biến cố có thể xảy ra trong quá trình đo:
- Tốc độ truyền nhiệt độ và giảm nhiệt độ không đều: lúc tăng, lúc giảm.
- Kỹ năng làm thí nghiệm chưa tốt.
III. Thảo luận kết quả:
Đồ thị thực nghiệm thu được có đường đo đi và đường đo về không trùng
nhau. Ngoại suy thuyến tính từ đồ thị ta thu được 2 khoảng giá trị của Tc. Trong
khi đó, nhiệt độ Curie tính theo lí thuyết chỉ có một giá trị.
Sự khác nhau này là do: quá trình biến đổi của thanh sắt theo nhiệt độ là
quá trình không thuận nghịch, nên đồ thị đường đo đi và đường đo về là khác
nhau. Do đó ta xác định được 2 giá trị khác nhau của nhiệt độ Curie.
IV. Kết luận:
- Nhiệt độ Curie của thanh sắt từ xác định được là: 153,50 C
V. Trả lời câu hỏi:
Câu 1: Sự phân loại các vật liệu từ, các đặc tính của vật liệu sắt từ? Thuyết miền
từ hóa tự nhiên trong việc giải thích đặc tính của vật liệu sắt từ?
Phân loại vật liệu sắt từ:
Để phân loại vật liệu từ trên quan điểm nghiên cứu cơ bản, người ta dựa và dấu và
độ lớn của độ cảm từ  và sự phụ thuộc của nó và nhiệt độ. Ngoải ra, còn có
nhiều cách phân loại khác nữa như việc phân loại dựa vào cấu trúc,…
+ Chất nghịch từ:  < 0, |  | <<1.
Khi không có từ trường ngoài tác dụng, chất nghịch từ không có momen từ. Khi

có từ trường ngoài tác dụng, momen từ của chất nghịch từ ngược hướng với
hướng từ trường ngoài.
+ Chất thuận từ:  > 0, |  | <<1.
Từ trường của chất thuận từ cùng hướng với từ trường ngoài.
+ Chất sắt từ:  > 0, |  | >>1.
Là chất có momen từ tự phát ờ dưới một nhiệt độ đặc trưng cho từng chất, gọi là
nhiệt độ Curie.
+ Chất phản sắt từ:  > 0,  không lớn.
Là chất có momen từ định hướng dối song song và bừ trừ nhau ở dưới một nhiệt
độ xác định, gọi là nhiệt độ Nell (TN).
3


+ Chất ferit từ:  > 0,  có giá trị tương đối lớn.
Là các chất có momen từ tự phát ở dưới nhiệt độ Curie, sắp xếp đói song song
nhưng không bù trừ nhau.
Các đặc tính của vật liệu sắt từ:
+ Các chất sắt từ thong thường dễ đạt giá trị bão hòa trong từ trường ngoài cường
độ nhỏ. Từ độ bão hòa của chất sắt từ thường có giá trị lớn.
+ Các tính chất lý thú của vật liệu được ứng dụng nhiều trong đời sống và kỹ
thuật: từ trễ, hiện tượng từ giảo, hiện tượng từ điện trở, độ dẫn từ,…
+ Tính chất sắt từ chỉ xuất hiện trong 1 khoảng nhiệt độ xác định. Nếu khối sắt từ
bị nung nóng đến nhiệt độ T  TC thì tính chất sắt từ biến mất và vật chuyển thành
thuận từ. Tại nhiệt độ TC, một 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 của sắt từ có thể giải thích dựa trên thuyết miền từ hóa từ nhiên.
Theo lý thuyết Weiss, trong chất sắt từ có 1 từ trường phân từ. Từ trường này tác
dụng lên các spin từ để chúng sắp xếp song song và hình thành nên các miền từ
hóa tự nhiên (đômen từ). Việc phân chia các đômen từ đảm bảo năng lượng trong

vật cực tiểu.
+ Mỗi mẫu sắt từ lại được cấu tạo từ nhiều đômen, mỗi đômen thường có kích
thước khoảng 0,01  0, 1 mm và chứa khoảng 1011 – 1019 nguyên từ. Bình
thường, khi không có từ trường ngoài các đomen này định hướng hỗn loạn nên vật
sắt từ vẫn không có từ trường. Khi đặt từ trường ngoài vào, xảy ra hiện tượng từ
hóa và vật liệu có từ tính.
Câu 2: Mạch từ và từ trờ:
Mạch từ kín : là các khung sắt từ kín có hình dạng khác nhau. Đối với một mạch
từ kín thì đường sức từ chỉ chạy trong mạch và không thoát ra ngoài.
Mạch từ hở: Một mạch từ không được tạo bởi khung từ không kín gọi là mạch từ
hở. Đối với mahcj từ hở, một phần đường sức từ sẽ nằm ở ngoài mạch từ.
Từ trờ:
Xét một mạch từ đơn giản gồm 2 đoạn
mạch trong khung sắt từ có tiết diện
ngang S, có độ từ thẩm  và đoạn mạch
là khe hở ( không khí) nhỏ có cùng
tiết diện và có độ từ thẩm  k .

Hình 2: Mạch từ không phân nhánh.

4


Suất từ động:

 m  NI

Với: N là số vòng dây điện cuốn trên khung; I là cường độ dòng diện qua
cuộn dây;  m được gọi là suất từ động.
Từ thông liên hệ với suất từ động theo biểu thức:



m
Rm

Với Rm gọi là từ trở toàn phần của mạch, với mạch đang xét thì:
Rm=

lk
l

 0 S  0  k S

l là chiều dài trung bình của khung; l k là khoảng cách khe hở.
Các đại lượng: rm =

l
l
, và rmk = k là từ trở tương ứng.
0 S
0  k S

Vậy Rm = rm + rmk, tức là từ trở toàn phần của mạch từ không phân nhánh bằng
tổng các từ trờ của các mạch từ hợp thành. Kết quả này cũng đúng 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 bằng phương pháp cảm ứng điện từ:

Ferit

Sơ đồ nguyên lý phép đo:
- Biến thế 1 mắc qua ổn áp cung cấp

H

hiệu điện thế xoay chiều cho cuộn sơ cấp.
- Biến thế 2 cung cấp điện một chiều cho

N1

N2

bếp H.
- Cặp nhiệt điện C dùng để đo nhiệt độ
của thanh ferit. Tín hiệu từ C và cuộn thứ

Hình 3. Sơ đồ nguyên lí phép đo

cấp được nối với máy tính qua cạc ADC.

H: lò nung,

Trong máy đã có sẵn một bảng chuẩn của

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 thì hiện tượng cảm ửng điện
từ xuất hiện hiệu điện thế U2 .

5


- T tăng thì U2 tăng. Khi T tăng đến nhiệt độ T = Tc thì  giảm nhanh, từ trở toàn
phần giảm nhanh và từ thông giảm. Khi đó U2 giảm nhanh xuống giá trị U0. Tc
chính là nhiệt độ Curie.
Câu 4: Các ghép nối bài thực hành với hệ đo. Nguyên tắc biến đổi tương tự số và
cách đo nhiệt độ bằng máy tính. Nguyên tắc làm việc của máy tính với bài thực
hành.
Hệ đo: Để đo nhiệt độ của thanh ferit và điện thế của cuộn n2 ta sử dụng đồng hồ
vạn năng Keithley 2000. Đồng hộ này được ghép nối với máy tính để thu thập dữ
liệu.
Nguyên tắc biến đổi tương tự số ADC:
- Mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, chuyển một tín hiệu ngõ vào
tương tự (dòng điện hoặc điện áp) sang thành các tín hiệu số có giá trị tương ứng,
có thể làm việc với CPU.
- Chuyển đổi ADC có rất nhiểu phương pháp. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều
có những thông số cơ bản sau.
+ Độ chính xác của chuyển đổi ADC.
+ Tốc độ chuyển đổi.
+ Dải biến đổi của tín hiệu tương tự ngõ vào.
UA

Mạch lấy
mẫu

ADC
UM

Lượng tử
hóa

Mã hóa

UD

Hình 4: Sơ đồ khối bộ biến đổi tương tự số.
- Nguyên tắc: Tín hiệu tương tự được đưa đến một mạch lấy mẫu, tín hiệu ra mạch
lấy mẫu đưa ta đến mạch lượng hóa làm tròn với độ chính xác 

Q
.
2

Sau đó, mạch lượng tử hóa là mạch mã hóa.Trong mạch mã hóa kết quả
lượng tử hóa được sắp xếp lại theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào loại mã
yêu cầu trên đầu ra bộ chuyển đổi.
Trong nhiều loại ADC quá trình lượng tử hóa và mã hóa diễn ra đồng thời
không thể tách chúng ra.
Cách đo nhiệt độ của máy tính: Trong máy tính có sẵn bảng chuẩn của nhiệt độ
và hiệu điện thế. Vì thế, tín hiệu nhiệt được chuyển thành tín hiệu điện. Sử dụng
chuyển đổi ADC chuyển thành tín hiệu số. Tiếp theo, tín hiệu số sẽ được chuyển
thành tín hiệu điện và nhiệt và đưa ra màn hình máy tính những giá trị dời dạc.
Nguyên tắc làm việc của máy tính với bài thực hành của chúng ta:
Thông qua đồng hồ vạn năng Keithley 2000 tín hiệu điện và tín hiệu số của

bài thực hành chuyển đến máy tính. Máy tính sẽ thực hiện các chuyển đổi ADC,
6


so sánh nhiệt độ và hiệu điện thế chuẩn. Kết quả, máy tính cung cấp cho chúng ta
một bảng giá trị của hiệu điện thế và nhiệt độ rất lớn.
Tiếp theo, sử dụng phần mềm Origin, vẽ đồ thị sự phụ thuộc hiệu điện thế
U2 và nhiệt độ. Ngoại suy ra nhiệt độ Curie.
Câu 5: Cách xác định nhiệt độ Curie từ đồ thị sự phụ thuộc của suất điện động
cảm ứng theo nhiệt độ. Sử dụng chương trình Origin để xử lý kết quả thực
nghiệm?
Cách 1: Ngoại suy tuyến tính đường đo đi và đường đo về.
Cách 2: Vẽ đường thẳng đi qua đoạn dốc nhất của đồ thị và đường thẳng đi
qua điểm nằm ngang của đồ thị ( đoạn ứng với giá trị U0). Hai đường này cắt
nhau tại một điểm. Từ đó suy ra nhiệt độ Curie.

7