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

31121. Рынки факторов производства и формирование доходов 256.46 KB
  Рынки факторов производства и формирование доходов. Рынки факторов производства и формирование доходов Спрос на факторы производства Рынки факторов производства это рынки труда капитала земли полезных ископаемых информации знаний интеллектуальных способностей предпринимательского таланта. Рынки факторов производства имеют свои особенности которые необходимо учитывать. Все факторы производства используемые в хозяйственной деятельности можно разделить на две группы: 1 материальные к которым относятся капитал и земля; 2 социальные...
31122. Антимонопольное регулирование 197.06 KB
  Представляет собой комплекс экономических административных и законодательных мер осуществляемых государством и направленных на то чтобы обеспечить условия для рыночной конкуренции и не допустить чрезмерной монополизации рынка угрожающей нормальному функционированию рыночного механизма. АНТИМОНОПОЛЬНОЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО комплекс законов и правительственных актов в странах с рыночной экономикой направленных на поддержание конкурентной среды в различных сферах предпринимательской деятельности противодействие монополизму и противодействие...
31123. Национальная экономика: цели и результаты развития 26.72 KB
  Кризисы сопровождаются безработицей расстройством денежной системы банкротствами ухудшением жизни населения. Финансовая система включает три основных звена: государственные финансы финансы населения и финансы предприятия. В странах с развитой рыночной экономикой доходная часть бюджета на 80 90 формируется за счет налогов с предприятий и населения. Это совокупность мероприятий в сфере налогообложения направленных на формирование доходной части государственного бюджета повышение эффективности функционирования всей национальной...
31124. Система классификаций и кодирования информации. Проектирование фактографических и документальных БД 105.84 KB
  Система кодирования совокупность знаков и правил их использования для представления информации. Системы кодирования могут носить локальный характер в рамках одного предприятии и глобальный для всей страны. Существуют следующие системы кодирования: Порядковая объекты кодируются числами натурального ряда и используются для кодирования небольших и устойчивых номенклатур объектов; Серийная является развитием порядковой системы кодирования и предусматривает выделение серии номеров для кодирования каждого класса объектов.
31125. Автоматизированное проектирование ИС 114.56 KB
  CSE технологии совокупность методов анализа проектирования разработки и сопровождения информационной системы. Основная цель CSE технологии состоит в том чтобы отделить процесс проектирования информационной системы от ее кодирования и последующих этапов разработки а так же максимально автоматизировать процесс разработки и функционирования системы. Которые поддерживают одну или несколько методологий анализа и проектирования ИС. Графический редактор диаграмм предназначен для отображения в заданных нотациях всех диаграмм...
31126. Типовое проектирование ИС 248.38 KB
  Рисунок 1 Классификация методов типового проектирования ИС. Элементный метод типового проектирования. В качестве типового элемента системы используется ТПР по задаче или по отдельному виду обеспечения информационному техническому. Достоинства метода: Применение модульного подхода к проектированию и документированию ИС Недостаток метода: Большие затраты времени на сопряжение разнородных элементов вследствие информационной программной и технической несовместимости ТПР Плохая адаптивность элементов к особенностям объекта применения ИС...
31127. Организация процесса конструирования 54.29 KB
  Технология конструирования программного обеспечения ТКПО система инженерных принципов для создания экономичного ПО которое надежно и эффективно работает в реальных компьютерах. Стратегии: Однократный проход или водопадная стратегия это линейная последовательность этапов конструирования с определением всех требований вначале процесса. Быстрая разработка достигается за счет использования компонентноориентированного конструирования.
31128. Процесс руководства проектом и планирование проектных задач 17.3 KB
  Анализ риска. Исследование области неопределенности анализ ее влияние на проект. Первыми выполняемыми задачами являются системный анализ и анализ требований. Системный анализ проводится с целью: 1 выяснения потребностей заказчика; 2 оценки выполнимости системы; 3 выполнения экономического и технического анализа; 4 распределения функций по элементам компьютерной системы аппаратуре программам людям базам данных и т.
31129. Модели качества процесса конструирования. Архитектура программных систем 41.02 KB
  Архитектура программной системы ПС это набор внутренних структур ПС которые видны с различных точек зрения и состоят из компонентов их связей и возможных взаимодействий между компонентами а также доступных извне свойств этих компонентов. Вид с точки зрения прецедентов Use cse view охватывает прецеденты которые описывают поведение системы наблюдаемое конечными пользователями аналитиками и тестировщиками. Вид с точки зрения проектирования Design view охватывает классы интерфейсы и кооперации формирующие словарь задачи и ее...