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

3 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

41126. Загальний огляд інформаційно-пошукових правових систем 59 KB
  Навчальновиховна мета заняття: дати загальний огляд інформаційнопошукових правових систем Тип заняття: Наочність: Між предметні зв’язки: лекція таблиця інформаційнопошукових правових систем ЛІГА:ЗАКОН Кваліфікаційні вимоги до знань умінь навичок: Студенти повинні: Основні поняття інформаційнопошукових правових систем. Підведення підсумків уроку Які існують сучасні інформаційнопошукові системами Які ви знаєте види правової системи ЛігаЗакон Для чого призначена ЛігаЗакон Що знаходиться в системі ЛігаЗакон Що дуже вдало...
41127. Авторское право 79 KB
  Учения о природе авторского права Становление двух основных систем авторского права 1. В субъективном смысле авторское право – совокупность правовых норм регулирующих личные неимущественные и имущественные права принадлежащие создателям произведений науки литературы и искусства. Предмет изучаемого курса включает в себя: систему правовой охраны творческих произведений авторскими и смежными правами; принципы и основные направления государственного регулирования авторского и смежных прав в Российской Федерации; объекты и субъекты...
41128. Этапы эволюции науки и развитие регионов в мировом сообществе в XXI веке 346.5 KB
  Классический рационализм предстает как направление научной мысли отображающее особенности научного мышления характерного для классического этапа эволюции методологии науки и отличающееся изучением феноменов явлений конкретных систем и конкретного человека как внешнего наблюдателя природы общественных и социальных процессов и т. Неклассический рационализм интерпретируется как направление научной мысли отображающее особенности научного мышления характерного для неклассического этапа эволюции методологии науки и отличающееся изучением...
41129. Проекции точки 196.5 KB
  Плоскости проекции. Проекции разделяются на центральные и параллельные. Пусть заданы в пространстве точка S – центр проекции и плоскость П1 – плоскость проекции.
41130. Основные задачи в области электротехники 188.5 KB
  Определение связи между токами напряжениями параметрами заданной цепи и теми величинами которые определяют работу рассматриваемой установки например: к. падение напряжения величина тока к. Электрической цепью называется совокупность устройств предназначенных для прохождения электрического тока. Различают источники напряжения и источники тока.
41131. ПРЕДМЕТ ЛОГИСТИКИ И ФАКТОРЫ ЕЁ РАЗВИТИЯ 89.5 KB
  Понятие логистики история ее появления и развития.Факторы и уровни развития логистики.Цель задания и функции логистики.Термин «Л» до недавних пор был известен только узкому кругу специалистов, а сегодня он имеет все более широкое распространение. Основная причина этого заключается в том, что понятие «Л» начало использоваться в экономике
41132. Защита операционных систем 533.5 KB
  Обеспечение безопасности хранения данных в ОС Microsoft Технология теневого копирования данных Архивация данных Создание отказоустойчивых томов для хранения данных
41133. ПОТРЕБИТЕЛЬ В СИСТЕМЕ МАРКЕТИНГА 1.18 MB
  В результате исследования нами выделены наименованы и описаны три основных типа моделей индивидуального потребления:рациональные модели утилитарная конъюнктурная нормативная; иррациональные модели мотивационная идентификационная; смешанные модели модель неформальной экономики. особенно характерными и присущими современному российскому обществу на текущий момент являются два последних типа: 1 идентификационная модель – представлена совокупностью субмоделей описывающих выбор покупателя как многоаспектное явление когда...
41134. Особливості складання фінансової звітності за МСФЗ 112 KB
  Назначение и состав финансовой отчетности Общие требования к финансовой отчетности изложены в Концептуальной основе МСФО и МСБУ Представление финансовых отчетов. Концептуальная основа МСФО содержит: цель финансовых отчетов; качественные характеристики информации приведенной в финансовых отчетах; определение и порядок признания элементов финансовых отчетов; концепции сохранения капитала. К пользователям финансовых отчетов Users of Finncil Sttements относятся существующие и потенциальные инвесторы работники кредиторы клиенты...