42160

ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ДИА- И ПАРАМАГНЕТИКОВ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

4 Тогда вектор результирующей магнитной индукции будет определяться с учетом 3 и 4: 5 где 0 = 4 107 Гн м магнитная постоянная  = 1  относительная магнитная проницаемость вещества показывающая во сколько раз изменяется магнитное поле в веществе по сравнению с магнитным полем в вакууме: ....

Русский

2013-10-27

84 KB

6 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА  №  4 – 8

ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ

ДИА-  И  ПАРАМАГНЕТИКОВ

Цель работы:  изучение взаимодействия диа-  и парамагнетиков с магнитным полем

ПОСТАНОВКА   ЗАДАЧИ

Магнитное поле в вакууме, характеризующееся вектором магнитной индукции   , существенно изменяется при внесении в него какого-либо вещества. Это объяснятся тем, что всякое вещество является магнетиком,  то есть способно намагничиваться под действием внешнего магнитного поля. В намагниченном веществе создается свое магнитное поле,  , которое накладывается на внешнее поле  , и тогда результирующее поле внутри магнетика будет

                                                                                             (1)

Для объяснения намагниченности тел Ампер предположил, что в молекулах (атомах) вещества циркулируют круговые токи. Каждый такой ток обладает магнитным моментом    и создает в окружающем пространстве магнитное поле. В отсутствие внешнего поля в силу хаотической ориентации магнитных моментов отдельных молекул (атомов) суммарный магнитный момент тела равен нулю. Под действием поля магнитные моменты приобретают ориентацию в одном направлении, магнетик намагничивается, и его суммарный магнитный момент становится отличным от нуля.

Намагничивание магнетика характеризуется вектором намагниченности  , то есть, магнитным моментом единицы объема

                             ,                                                            (2)

где   - сумма магнитных моментов молекул, заключенных в объеме  V, взятом в окрестности рассматриваемой точки.

Экспериментально показано, что вектор   связан с вектором   в той же точке магнетика соотношением

                                       =  ,                                                           (3)    где   - магнитная восприимчивость, показывающая, как быстро с ростом поля намагничивается вещество, - величина безразмерная, так как размерности   и   совпадают. Соотношение (3) выполняется для изотропных магнетиков.

         Дополнительное поле  В! , обусловленное намагничиванием вещества, описывается выражением

                                       В1 = 0J =  0H.                                                      (4)

Тогда вектор результирующей магнитной индукции будет определяться с учетом (3) и (4):

           ,       (5)

где  0 = 4 10-7 Гн/м – магнитная постоянная,   = 1 + - относительная магнитная проницаемость вещества,  показывающая, во сколько раз изменяется магнитное поле в веществе по сравнению с магнитным полем в вакууме:

                                             .                                                      (6)

         Все вещества в магнитном отношении делятся на диамагнетики, парамагнетики и магнетики с упорядоченной магнитной структурой: ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики

Вектор намагниченности     в диамагнетиках антипараллелен намагничивающему полю, поэтому    0, следовательно,    1. Восприимчивость диамагнетиков весьма мала  (10 –7 – 10 –4)  по абсолютной величине и не зависит от температуры. Диамагнетиками являются инертные газы, многие органические соединения (нефть, смолы, стекло, мрамор, вода, графит), некоторые металлы (висмут, медь, цинк, серебро, ртуть).

Вектор намагниченности   в парамагнетиках также пропорционален   и совпадает по направлению с намагничивающим полем, поэтому   > 0, следовательно,   > 1. Парамагнетиками являются эбонит, натрий, калий, цезий, магний, алюминий, марганец, платина, кислород, растворы солей железа и др.  Восприимчивость парамагнетиков при обычной температуре невелика (10 –3 – 10-6) и зависит от температуры.

Магнитную проницаемость вещества можно определить по силе, действующей на образец, помещенный в неоднородное магнитное поле.

Пусть магнетик в форме цилиндра (рис. 1) втягивается в магнитное поле электромагнита с силой  F  на расстояние  dy. При этом совершается работа

                                     dA = F dy ,                                                          (7)

которая производится за счет затраченной энергии магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля (энергия единицы объема) определяется выражением

                                                .                                                       (8)

После замены   = 1 + и подстановки ее в (8), получим

               .                    (9)

Первое слагаемое определяет плотность энергии магнитного поля в вакууме ( = 1) между полюсами электромагнита. При заданном токе и неизменном объеме межполюсного пространства эта составляющая энергии постоянна  (W = w dV = const). 

Второе слагаемое определяет плотность энергии взаимодействия магнетика с магнитным полем. При втягивании магнетика в поле электромагнита на величину «dy» намагниченный объем прирастет на величину  dV = S dy (S – площадь сечения цилиндрического образца). Изменение энергии при этом составит

                              .                            (10)

Учитывая, что работа производится за счет энергии магнитного поля, то есть  dA = dW,  а    (d – диаметр образца), получим из (7)  и  (10)  выражение для силы, действующей на образец

                            ,                                      (11)

так как магнитная индукция в вакууме  В0 = 0Н, то выражение для магнитной восприимчивости будет иметь вид

                                                   .                                                    (12)

         Пренебрегая вкладом воздуха в величину магнитной индукции, можем принять, что  В0 = В – магнитной индукции между полюсами электромагнита. При выводе формулы (12) были сделаны упрощающие положения о том, что напряженности магнитного поля в образце и воздухе совпадают, а также, что распределение магнитного поля не зависит от передвижения образца, поэтому формула (12) не является вполне точной.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ВНИМАНИЕ!   ВЕСЫ АНАЛИТИЧЕСКИЕ!   ОБРАЩАТЬСЯ ОСТОРОЖНО!   ЧИТАЙТЕ ПРАВИЛА ПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕСАМИ!

Схема установки приведена на рис. 2.

Упражнение 1. Измерение величины магнитной индукции.

         1. К зажимам милливеберметра (1) подключите концы измерительной катушки и установите ее в зазор электромагнита (3), как показано на рис. 2 (питание электромагнита должно быть отключено).

         2. Включите питание электромагнита.

         3. С помощью регулятора напряжения  (4)  выпрямителя установите ток возбуждения 0,2 А.

         4. Поставьте переключатель милливеберметра М 119 (нажмите кнопку Ф 192) в положение «Корректор» («Установка нуля») и установите стрелку прибора на нулевое деление.

         5. Переведите переключатель  в положение «Измерение» (нажмите кнопку «Измерение»).

         6. Выдернув катушку из зазора электромагнита, запишите показания милливеберметра ().

         7. Повторите пункты «3 – 6» для других токов возбуждения.

         8. Полученные результаты измерений занесите в табл. 1.

                                                                                                             Таблица 1

Ток возбуждения, А

(мВб)

Индукция, В (Тл)

0,2

0.4

0,6

0,8

         9. Рассчитайте магнитную индукцию по формуле  , где  S – площадь сечения катушки в  м2,   - потокосцепление,  N – число витков катушки.

         10. Постройте график зависимости величины магнитной индукции от тока возбуждения.

Упражнение 2. Определение магнитной восприимчивости вещества.

  1.  Уберите измерительную катушку из зазора электромагнита.
  2.  Подвесьте к весам (5) один из образцов и уравновесьте весы с помощью разновесок (6), то есть найдите массу образца с подвесом  m0. Ток возбуждения при этом равен нулю.
  3.  Включите  ток 0,4 А в цепи электромагнита и опять уравновесьте весы, то есть найдите массу образца с подвесом  m.
  4.  Дополнительную силу, действующую на образец, определите по формуле  F = (m – m0) g.  Измерьте дополнительную силу при токах возбуждения 0,6 А  и  0,8 А.
  5.  Повторите аналогичные измерения для каждого образца. Результаты измерений занесите в табл. 2.

                                                                                                              Таблица 2

Образец

В. Тл

I, А

m, кг

F=(m-m0)g

H

 ср

=1+СР

Висмут

m0 =

d =

0,4

0,6

0,8

Алюминий

m0 =

d =

0,4

0,6

0,8

Эбонит

m0 =

d =

0,4

0,6

0,8

  1.  Измерьте диаметр  d  каждого образца штангенциркулем.
  2.  По формуле (12) найдите среднее значение магнитной восприимчивости, а затем магнитной проницаемости каждого образца, используя значения магнитной индукции из таблицы 1.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как разделяются вещества по своим магнитным свойствам и чем они отличаются? В чем состоит процесс намагничивания?

3. Что называется вектором намагничивания?

4. Какой физический смысл магнитной восприимчивости и магнитной проницаемости?

6. Как измеряется величина магнитной индукции с помощью милливеберметра?

7. В чем состоит метод измерения магнитной проницаемости вещества в данной работе?

8. Явление диамагнетизма, парамагнетизма.

43


y

dy

S

Рис. 1

+-

A

7

6

5

4

3

S

N

2

1

Рис. 2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1954. Понятие о воспитательных системах. Типология воспитательных систем 24.52 KB
  Воспитательная система - это целостный социальный организм, функционирующий при условии взаимодействия основных компонентов воспитания (субъекты, цели, содержание и способы деятельности, отношения) и обладающий такими интегративными характеристиками.
1955. Душі людської доброта 31.35 KB
  Виховувати любов до людей, ставлення до оточуючих з розумінням, співпереживанням. Виховувати доброту, чесність, порядність. Закріпити явлення учнів про моральні цінності людини, серед яких такі поняття, як сенс життя, щастя — головні на життєвому шляху молоді.
1956. Виховний захід: Знайди мене 27 KB
  Поглибити теоретичні і практичні знання з туризму, розвинути організаторські здібності, розвинути вміння працювати згуртовано.
1957. Виховний захід: Дружба 31.24 KB
  Розширити і поглибити поняття дружби і товаришування — цих важливих показників вихованості учнів, виховувати в учнів звичку уважно ставитися до товаришів, вміння бачити хиби у своїй поведінці й виправляти їх.
1958. Анализ воспитательной работы Лицея №33 города Иваново 31.11 KB
  Анализ воспитательной работы. Общественно-психологические особенности классного коллектива. Отношение к внутриполитическим проблемам и международным событиям. Отношение к молодежным общественным объединениям, партиям, религии. Отношение к изучаемым предметам, общественно-полезному труду, к физкультуре и спорту, к профессиональному самоопределению.
1959. Ми за чисту планету 32.79 KB
  Радіоактивне забруднення. Винищення лісів. Забруднення і евтрофікація води.
1960. Виховний захід: Крок до зірок 30.82 KB
  Зацікавити учнів математикою, поглиблювати і розширювати знання з предмета, розвивати пізнавальний інтерес, творчу активність, допитливість, логічне мислення, виховувати вміння вчитися, самостійно здобувати математичні знання.
1961. Байдужість не прощається 29.76 KB
  Формувати в учнів моральні святині та істини, такі як: доброта, милосердя, справедливість, прагнення допомогти ближньому у скрутну хвилину. пробуджувати інтерес до всього корисного, морального.
1962. Самые красивые места Земли 29.1 KB
  Рассказать ученикам о самых красивых местах Земли. Научить применять полученные знания в общении со сверстниками и в обществе. Воспитать толерантное отношение к культуре других стран.