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

74492. РУКОВОДСТВО И ЛИДЕРСТВО 113 KB
  В первом случае руководитель отождествляя себя с более крупными группами организации нежели с группой подчиненных может считать что эмоциональная привязанность к рабочей группе может стать тормозом на его пути. Однако недостатков больше чем достоинств: высокая вероятность ошибочных решений; подавление инициативы творчества подчиненных замедление нововведений застой пассивность сотрудников; неудовлетворенность людей своей работой своим положением в коллективе; неблагоприятный психологический климат подхалимы козлы отпущения...
74493. ТЕХНИКА И ТАКТИКА АРГУМЕНТИРОВАНИЯ 82 KB
  Правило №1 правило Гомера Очередность приводимых аргументов влияет на их убедительность. Как видно из примера причина неудачи в том что просительница нарушила правило Гомера. Правило №2 правило Сократа Для получения положительного решения по очень важному для вас вопросу поставьте его на третье место предпослав ему два коротких простых для собеседника вопроса на которые он без затруднения скажет вам да. Правило №3 правило Паскаля Не загоняйте собеседника в угол.
74494. СПОР, ДИСКУССИЯ, ПОЛЕМИКА. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ПСИХОРЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ 100.5 KB
  Знать правила спора надо не только для того чтобы вести его самому. Вникнуть в суть обсуждаемых ими проблем разобраться в доводах за и против поможет знание психологических особенностей спора. Что же такое спор Какова его сущность с какими видами споров нам приходится иметь дело Понятие спора. Вовторых осуществив процесс спора стороны приходят к более глубокому уяснению позиции как своей собственной так и позиции своего оппонента.
74495. Имидж делового человека 422 KB
  Нет ничего приятнее чем видеть как люди становятся красивыми стильными и уверенными в себе как происходят положительные перемены в их личной жизни и карьере. К сожалению часто бывает так: отработан какойто стереотип приобретены и усвоены определённые формы поведения стиль одежды манера общения и человек не задумываясь переносит этот стереотип в другие обстоятельства. Стиль одежды Стили составляют основу знаний о моде. Правда сегодня в чистом виде каждый стиль встречается не так часто.
74496. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 80 KB
  Иерархия памяти ПК Память ПК это совокупность отдельных устройств которые запоминают хранят и выдают информацию. Отдельные устройства памяти называются запоминающими устройствами ЗУ. Общее название указанных процедур носит название обращение к памяти. Основные характеристики памяти это емкость и быстродействие время обращение к памяти.
74497. Классификация электронных вычислительных машин. Принципы строения и функционирования ЭВМ Джона фон Неймана 122.5 KB
  Классификация электронных вычислительных машин Электронные вычислительные машины ЭВМ в настоящее время более применимый термин компьютеры являются основным элементом информационной системы. В общем случае ЭВМ можно классифицировать по ряду признаков. По принципу действия ЭВМ делятся на три больших класса в зависимости от формы представления информации с которой они работают: АВМ аналоговые вычислительные машины непрерывного действия работают с информацией представленной в непрерывной аналоговой форме то есть в виде...
74498. Компьютерные информационные технологии (КИТ) 126.5 KB
  Информационно телекоммуникационный рынок По принятой в настоящее время в мире терминологии рынок компьютерных технологий носит название ИКТ рынок информационно телекоммуникационный рынок. ИКТ рынок в свою очередь делится: рынок информационных технологий ИТ рынок телекоммуникационный рынок ТЛК рынок ИТ рынок включает следующие сегменты: компьютерное и аппаратное обеспечение офисное аппаратное обеспечение программное обеспечение и услуги по их обслуживанию. ТКЛ рынок включает услуги предоставления связи...
74499. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. ПОНЯТИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЙЦИИ 92 KB
  К ЭИ относятся сведения которые циркулируют в экономической системе о процессах производства материальных ресурсах процессах управления производством финансовых процессах а также сведения экономического характера которыми обмениваются между собой различные системы управления. Уточним понятие экономической информации на примере системы управления промышленным предприятием. Структура системы управления Система управления предприятием должна обеспечить требуемое состояние производства Zt план выпуска продукции используя вход X t...
74500. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 112 KB
  Примерами ОС являются MS DOS практически не используется OS 2 семейство Unix семейство Windows. Операционные системы можно классифицировать по различным признакам: По числу параллельно решаемых на компьютере задач ОС разделяют: однозадачные например MS DOS; многозадачные OS 2 UNIX Windows Linux...