39230

Измерение магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ

Контрольная

Физика

Измерение магнитной восприимчивости слабомагнитных магнетиков Наиболее распространен способ измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных образцов на основании измерения механической силы действующей на образец в неоднородном магнитном поле. Энергия системы образец стержень с сечением S и воздушный столб в начальном состоянии: Здесь lОБ – длина части стержня находящейся в магнитном поле индукцией В а lВЗ – длина воздушного столба в области магнитного поля. Если при измерениях образец находится в вакууме то парамагнетик  0...

Русский

2013-10-01

155 KB

2 чел.

Работа 4

Измерение магнитной восприимчивости

слабомагнитных веществ

Теоретическое введение

§1. Измерение магнитной восприимчивости слабомагнитных магнетиков

  1.  

Наиболее распространен способ измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных образцов на основании измерения механической силы, действующей на образец в неоднородном магнитном поле.

Энергия системы образец (стержень с сечением S) и воздушный столб в начальном состоянии:

Здесь lОБ – длина части стержня, находящейся в магнитном поле индукцией В, а lВЗ – длина воздушного столба в области магнитного поля. Если за пределами области «b» магнитное поле отсутствует, то:

При смещении стержня на dx энергия становится:

Тогда .

Для проекции силы на ось х: .

Учитывая, что , а  получаем:

(1)

Если , то Fx >0, т.е. стержень втягивается в область сильного поля.

Если , то Fx <0, т.е. стержень выталкивается из области сильного поля.

Если при измерениях образец находится в вакууме, то парамагнетик ( > 0) втягивается а диамагнетик ( < 0) выталкивается из области сильного поля.

Возникающие силы малы. При В=0,1 Тл, S=1 см2 и =10-6 сила равна .

Приведенный вывод и соответственно формула 1 справедливы, если образец длинный, у которого одна часть находится в магнитном поле индукцией В, а другая – в области с В=0. Этот метод был предложен Гуи и носит название «метод Гуи».

Заметим, что при выводе формулы (1) использовалось равенство индукции магнитного поля в образце и в воздухе, что имеет место только для слабомагнитных веществ.

  1.  Если образец малых размеров, то выше изложенная методика неприменима. В этом случае используется метод Фарадея.

Элемент объема  dV исследуемого вещества при помещении в магнитное поле с индукцией В приобретает магнитный момент:

.

В неоднородном магнитном поле на него действует сила

На образец конечного объема V действует сила:

(2).

Если подобрать условие, при котором в пределах объема образца , то  (2/). Условие 2/ используется в эксперименте. Отметим, что из (2) нетрудно получить (1). Представим  и dV=Sdx, тогда

,

где В2 и В1 – индукция магнитного поля на концах образца. Если В1=0, а В2=В, то , что без учета влияния воздуха соответствует формуле (1).

  1.  Для определения силы, втягивающей (выталкивающей) в область более сильного поля применяется весы трех типов: крутильные, весы – качели, обычные аналитические весы

При использовании крутильных весов сила FX создает вращающий момент

МВР=FXh, где h – плечо силы.

Закручивание нити подвеса вызовет появление момента силы упругости , где - угол закручивания нити, а f-модуль кручения. При равновесии моментов:  (3).

  1.  Модуль кручения нити можно определить по методу колебаний. Период колебаний весов , где J0 – момент инерции коромысла весов. Если на коромысло подвесить 2 груза массой m каждого на расстояниях d от оси вращения, то период станет: . Определив экспериментально периоды колебаний Т0 и Т, можно определить модуль кручения: .

§2. Описание установки

  1.  

Основной частью установки (рис. 1) являются крутильные весы.На длиной тонкой нити 1 укреплен крючок 2 для подвешивания коромысла 3 из алюминиевой проволоки с плечом 30 см. На угловом выступе 4 из медной проволоки подвешивается образец 5. На противоположном плече коромысла укреплен угловой выступ 6 для противовеса. Уравновешивание коромысла достигается перемещением грузов 7 и 6. Момент равновесия фиксируется по отвесу 9 и указателю оси вращения 10. Для фиксации поворота коромысла приспособлен указатель 11.

  1.  

Образец 1 (рис. 2) помещается  между полюсами электромагнита 2. Электромагнит размещен на подставке 3, которая поворачивается вокруг оси ОО с использованием колеса 4. Угол поворота фиксируется по шкале 5 с нониусом. При повороте магнита поворачивается и коромысло благодаря вилкообразному выступу 6, укрепленному на подставке 7, которая поворачивается вместе с магнитом.

  1.  

Схема питания электромагнита ЭМ представлена на рис.3.

Рис. 3

На схеме:

ЛАТР – автотрансформатор;

В-24 – выпрямитель с регулируемым выходным напряжением;

R – реостат 15 Ом;

А – амперметр 2 А;

К – клеммы на панели прибора;

К1 – тумблер отключения электромагнита от цепи питания;

К2 – тумблер переключатель направления тока;

С – конденсатор фильтра.

  1.  Порядок проведения измерений осуществляется по следующей схеме

а) На угловой выступ 4 (рис. 1) подвешивается образец и перемещением грузов 7 и 8 (рис. 1) добиваются совпадения оси поворота магнита и оси вращения коромысла крутильных весов по указателям 9 и 10 (рис.1).

б) Поворачивая магнит, добиваются чтобы  указатель 11 был посередине  прорези выступа 6 (рис. 2), и фиксируют начальное положение угла поворота магнита 0.

в) Включают питание электромагнита, устанавливают ток около 1А и наблюдают эффект либо выталкивания (диамагнетик), либо втягивания (парамагнетик) образца.

г) Поворачивают магнит в сторону отклонения образца на угол .

д) Регулируя медленно силу тока в электромагните, добиваются, чтобы указатель 11 (рис. 1) был посередине прорези выступа 6 (рис. 2). Сила тока достижения равновесия регистрируется.

е) При необходимости повторяют измерения при разных углах поворота магнита, т.е. при различных значениях угла закручивания нити.

ж) Проводят определение индукции магнитного поля при найденных значениях токов, используя милливеберметр и переключатель направления тока в электромагните. Расчет величины индукции магнитного поля: , где S- площадь измерительной катушки (2828 мм2), N – число витков в измерительной катушке (20 витков), а  - отброс стрелочного указателя милливеберметра.

Практическая часть.

Упражнение 1. Определение магнитной восприимчивости твердого материала.

Для измерения магнитной восприимчивости твердого вещества изготовляют образец с постоянным сечением. Если вещество является изолятором, то для исключения влияния электризации, следовательно, электростатического взаимодействия с магнитом образец покрывают слоем тонкой металлической фольги, которая через коромысло весов и через нить подвеса заземляется. Магнит остается заземленным постоянно.

Сила, закручивающая коромысло весов, в используемой установке находится , где  - угол закручивания нити.

Напряженность магнитного поля между полюсами электромагнита связана с силой тока через обмотку  (А/м)

Порядок выполнения работы описан в п.4 §2

Результаты измерений заносятся в таблицу.

Таблица 1.

Образец

Вид магнетика:

J

F

B

F/B2

∆(F/B2)

Средние значения

После измерений силы, закручивающей нить подвеса осторожно снимите образец с подвеса и измерьте площадь поперечного сечения S и найдите магнитную восприимчивость.

Результаты расчетов занесите в таблицу 2

Таблица 2.

∆(F/B2)

S

2.87

Упражнение 2. Измерение магнитной восприимчивости жидкости или сыпучего материала.

Для проведения измерений исследуемое вещество помещают в специальную ампулу. Ампула покрывается тонкой фольгой по причине, указанной в упражнении 1.

Измерения проводят по схеме, описанной в п.4 §2

Сначала проводят измерения с ампулой, наполненной веществом.

Результаты измерений заносят в таблицу 3.

Таблица 3.

Образец

Вид магнетика:

J

F1

B

F/B2

∆(F/B2)

Средние значения

С целью исключения эффекта, обусловленного намагничиванием ампулы проводят измерения с пустой ампулой.

Результаты заносятся в таблицу 4.

Таблица 4

Образец

Вид магнетика:

I

F2

B

F/B2

∆(F/B2)

Средние значения

Прежде чем приступить к расчету магнитной восприимчивости исследуемого материала, измерьте внутреннее сечение ампулы.

Результаты занесите в таблицу 5.

Таблица 5.

S

F1/B2-F2/B2

Примечание: Если при измерениях наблюдается закономерное изменение F/B2, то целесообразно построение графика зависимости F/B2=f(B)  или, расчитав для каждого B магнитную восприимчивость, построить график


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82472. Налогово-бюджетная система и налогово-бюджетная политика. Кривая Лаффера 147.69 KB
  Бюджетноналоговая политика – это такая политика которая направлена на стабилизацию экки с помощью гос. От качества федерального бюджета от уровня собираемости налогов зависят инвестиционные возможности госва уровень соц. защиты граждан предпринимательская активность взаимоотношения РФ с другими странами и в целом результативность всей внутренней и внешней политики госва. Бюджетноналоговая политика представляет собой совокупность мер правительства по изменению гос.
82473. Бюджетный дефицит и способы его финансирования(дискреционная и недискреционная налогово-бюджетная политика, встроенные стабилизаторы) 34.35 KB
  Дискреционная гибкая налоговобюджетная политика – это сознательное манипулирование со стороны законодательной власти налогообложением и государственными расходами с целью воздействия на уровень экономической активности. Недискреционная налоговобюджетная политика – это автоматические изменения в уровне налоговых поступлений независимые от принятия решений правительством. Законодательный орган определяет только ставки налогов а не размер налоговых поступлений бюджетная политика является результатом действия автоматических или встроенных...
82474. Проблема сбалансированности государственного бюджета. Государственный долг и его экономические последствия 34.92 KB
  Различают два вида государственного долга: внутренний и внешний. Серьезные проблемы и негативные последствия большого государственного долга заключаются в следующем:  Снижается эффективность экономики поскольку отвлекаются средства из производственного сектора экономики как на обслуживание долга так и на выплату самой суммы долга;  Перераспределяется доход от частного сектора к государственному;  Усиливается неравенство в доходах;  Рефинансирование долга ведет к росту ставки процента что вызывает вытеснение инвестиций в...
82475. Инфляция и антиинфляционная политика. Причины и виды инфляции. Эффект Фишера. Кривая Филлипса 35.29 KB
  Причины и виды инфляции. Антиинфляционная политика это комплекс мер по государственному регулированию экономики направленный на подавление инфляции. Причины инфляции: нарушение закона денежного обращения; диспропорции между спросом и предложением; диспропорции между доходами и расходами государства; диспропорции между источниками кредитных ресурсов и их использованием; диспропорции между денежной массой в обращении и реальными потребностями. Виды инфляции...
82476. Социальная политика государства. Кривая Лоренца и коэффициент Джини 40.92 KB
  Кривая Лоренца и коэффициент Джини. Для измерения фактического распределения доходов используюткривую Лоренца и коэффициент Джинипоказывающие какая доля совокупного дохода приходится на каждую группу населения что позволяет судить об уровне экономического неравенства в данной стране. Кривая Лоренца это метод графического изображения уровня концентрации явления. Равномерное распределение признака будет представлено в таком случае диагональю называемой линией равномерного распределения а неравномерное линией Лоренца...
82477. Экономический цикл: понятие, модели, виды. Государственное антициклическое регулирование 33.31 KB
  Кейнсианский подход: государством используются финансовобюджетные инструменты денежнокредитная политика играет вспомогательную роль. В фазе кризиса и депрессии увеличиваются государственные расходы проводится политика дешевых денег. Классический подход: основным инструментом является денежнокредитная политика. Проводится политика дорогих денег кредитная рестрикция путем повышения ставок что должно содействовать борьбе с перенакоплением капитала.
82478. Финансовая система. Госбюджет и его структура. Центральный банк и кредитно-финансовые институты 28.16 KB
  Финансовая система: Финансы властных структур Федеральные финансы Бюджет Внебюджетные фонды Пенсионный фонд Фонд социального страхования Фонд обязательного медицинского страхования Финансы субъектов Федерации Бюджет Внебюджетные фонды Финансы местного самоуправления Бюджет Финансы предприятий Финансы населения Финансы властных структур делятся на государственные и муниципальные местного самоуправления. Финансы федеральной власти субъектов Федерации и муниципальные финансы делятся на бюджетные фонды или проще бюджеты и...
82479. Денежно-кредитная система. Кредиты, их формы. Предложение кредитных денег коммерческими банками 33.21 KB
  Кредиты предоставляются на основе следующих принципов: возвратности означает необходимость возврата полученных от кре дитора финансовых ресурсов в полном объеме; срочность отражает необходимость его возврата не в любое приемле мое для заемщика время а в точно определенный срок зафиксированный в кредитном договоре; платность кредита выражает необходимость не только прямого воз врата кредита но и оплаты права на его использование в виде ссудного про цента; обеспеченность кредита выражает необходимость обеспечения защи ты...
82480. Деньги: возникновение, сущность, функции. Измерение денежной массы. Денежные агрегаты 32.39 KB
  Вторая деньги появились в результате эволюционного процесса который независимо от воли людей привел к тому что некоторые предметы выделились из общей массы и заняли особое место посредника в акте обмена. Сущность денег Деньги являются самым активным элементом экономики важнейшей частью экономической деятельности связующим звеном между участниками рынка и производством. Деньги обладают свойством обмениваемости на товары включая недвижимость драгоценности и художественные произведения. Функции денег Если рассматривать функции денег...