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

84384. «Художник-осень» по И. Соколову-Микитову 30 KB
  Золотая осень вырезанные из бумаги листья осины дуба клена; краски Ход урока I Организация класса II Проверка домашнего задания III Мотивация учебной деятельности учащихся Мозговой штурм Прочитайте слова. Кем предстала Осень у поэтессы Маргариты Алигер Осень только взялась за работу...
84385. Де гурт – там і сила. (Німецька народна казка «Бременські музиканти») 48.5 KB
  Мета: удосконалювати навички правильного і виразного читання та навички літературного аналізу твору; вчити дітей працювати в парах; збагачувати словниковий запас учнів; розвивати уміння самостійно працювати з текстом; виховувати почуття товариськості уміння цінувати дружбу.
84386. Невмирущий Кобзар. Тарас Григорович Шевченко – великий народний поет і художник 62 KB
  Ознайомити учнів із творчістю Т. Г. Шевченка, викликати бажання розповідати, слухати вірші, вчити, сприймати зміст поезії на слух та знаходити її відображення в малюнках; розвивати зв’язне мовлення, пам’ять, увагу, вміння виразно читати вірші, збагачувати словниковий запас.
84387. Theatre of the 20th century and beyond 22.06 KB
  The achievements of realism at the end of the 19th century continued to resonate through the turn of the 21st century, but the most influential innovations in early 20th-century theatre came from a vigorous reaction against realism.
84388. Post-modern literature 13.7 KB
  The term Postmodern literature is used to describe certain tendencies in post-World War II literature. It is both a continuation of the experimentation championed by writers of the modernist period (relying heavily, for example, on fragmentation, paradox, questionable narrators, etc.)...
84389. XX Century Literature 22.69 KB
  The lecture introduces the student to British modernism, beginning in the late nineteenth century, and ending with the third decade of the twentieth. We do this by reading fiction, poetry, and some manifestos. Second, we will focus on embodiment: how are body, self, and psyche distinguished for these authors?
84390. 1901-1939 Modernism 17.25 KB
  The movement known as English literary modernism grew out of a general sense of disillusionment with Victorian era attitudes of certainty, conservatism, and objective truth. The movement was greatly influenced by the ideas of Romanticism...
84391. 1940 to the 21st Century 14.67 KB
  Among British writers in the 1940s and 1950s were novelist Graham Greene whose works span the 1930s to the 1980s and poet Dylan Thomas, while Evelyn Waugh, W.H. Auden and T. S. Eliot continued publishing significant work.
84392. Samarkand, near to ruins of ancient capital of Sogdiana (modern Afrasiab) 30.18 KB
  Having united and subordinated the lands between Amu Darya and Syr-Darya, and also Fergana and Shash viloyat, Amir Temur began aggressive campaigns. For 35 years had lasted board of A.Temur (1370 - 1405) in Central Asia.