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

26693. Неогей 78 KB
  В течение обоих циклов в погружение вовлекались преимущественно северозападные и югозападные зоны Русской плиты которые либо простирались грубо параллельно СевероАтлантическому Грампианскому геосинклинальному поясу отделяясь от него Балтийским щитом обширная палеоБалтийская синеклиза либо примыкали к Средиземноморскому поясу ЛьвовскоКишиневский перикратонный прогиб. В кембрии осушилась его северовосточная часть район Мезенской синеклизы а на западе он распространился в пределы западной части Советской...
26694. Геологическая характеристика и палеогеографические условия осадконакопления отложений девона, карбона и перми Восточно-Европейской платформы. Полезные ископаемые 126 KB
  В пределах ВолгоУральской области с нижневизейскими песчаными толщами связаны месторождения нефти. Месторождения нефти и газа ВЕП связаны как с палеозойскими так и мезозойскими отложениями. Месторождения бурых углей находятся в Подмосковье где они приурочены к низам визейского яруса. В ВолгоУральской антеклизе с отложениями нижнего карбона связаны крупные месторождения углей.
26695. Сибирская платформа: границы и основные структурные элементы. Геологическое строение фундамента. Полезные ископаемые 109 KB
  Некоторая часть пород принадлежит к первичноосадочным компонентам продукты переотложения первичных кор выветривания. Оленёкский выступ представлен нижнепротерозойскими терригенными отложениями метаморфизированными смятыми в пологие складки. В отложениях архея много обломочного кварцевого и глиноземистого материала – источник магматические породы кислого и среднего состава. Главные результаты: впервые вскрыт и детально изучен наиболее полный разрез триасовых и юрских отложений; опровергнуты представления о непрерывном уплотнении...
26696. Алтае-Саянская область: геологическое строение и история развития. Полезные ископаемые 81 KB
  АлтаеСаянская область: геологическое строение и история развития. АлтаеСаянская горная страна охватывает горные сооружения Восточного и Западного Саян Кузнецкого Алатау Горной Шорин и Горного Алтая. Восточный Саян – сложная морфоструктура сформированная на древнейших образованиях АлтаеСаянского региона. Стратиграфия и тектоника Горные породы представлены комплексами скальных вулканогенных образований сосредоточенных в восточной части Алтае – Саянского региона и нескальных осадочных несцементированных грунтов в составе которых по...
26697. Основные тектонические элементы северо-западной части Тихоокеанского подвижного пояса 387 KB
  Основные тектонические элементы северозападной части Тихоокеанского подвижного пояса. Формирование ОхотскоЧукотского вулканоплутонического пояса происходило в раннем мелупалеогене. С вулканитами тесно пространственно и генетически связаны интрузии гранитоидов и более основных пород занимающие до 20 площади пояса. СРЕДИЗЕМНОМОРСКИЙ ПОДВИЖНЫЙ ПОЯС В состав Средиземномосркого подвижного пояса в пределах бывшего Советского Союза входят складчатые сооружения Карпат Горного Крыма Большого и Малого Кавказа Копетдага так называемая...
26698. Кавказское складчатое сооружение 52.5 KB
  Месторождения нефти сосредоточены в основном в Башкортостане Пермской и Оренбургской областях и в Удмуртии природного газа – в Оренбургском газоконденсатном месторождении. Месторождения осадочных сидеритов и связанные c ними бурые железняки Бакальское распространены в западной мегазоне Южного Урала. Для TагильскоMагнитогорской зоны Восточной мегазоны характерны полигенные скарновомагнетитовые месторождения железных руд TагилоKушвинская гуппа Mагнитогорское и др. Kрупные месторождения хромитов Kемпирсайское PайИзское и др.
26699. Кредитный договор 62.49 KB
  Общая характеристика кредитного договора. Заключение кредитного договора и исполнение обязательств по нему. Расторжение кредитного договора...
26700. Строение фундамента ВЕП 119 KB
  Строение фундамента ВЕП Архейские и частично нижнепротерозойские отложения представляют собой толщи первичноосадочных вулканогенноосадочных и вулканогенных пород метаморфизованных в различной степени. Для расчленения пород фундамента важны данные определения абсолютного возраста. Выходы фундамента на поверхность. Рельеф фундамента и современная структура платформы В пределах ВЕП структуры первого порядка выделяются Балтийский и Украинский щиты и Русская плита.
26701. Сибирские траппы 1.13 MB
  Отложения нижнего рифея распространены на востоке платформы в КамскоБельском Пачелмском Ладожском Среднерусском и Московском авлакогенах. Местами в нижнем рифее известны вулканогенные породы: горизонты базальтовых пеплов туфов и покровы базальтов а в западных районах платформы в это время внедрялись габбродиабазовые интрузии. Возможно что первоначально эти отложения имели более широкое площадное распространение а позднее они были частично размыты и сохранились лишь в наиболее прогнутых участках платформы. На западе и в...