71501

ВИВЧЕННЯ МАГНІТНИХ СПЛАВІВ І ФАЗОВИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ ЗА ДОПОМОГОЮ ДИФЕРЕНЦІАЛЬНОГО МАГНІТОМЕТРА. ВИЗНАЧЕННЯ НАМАГНІЧЕНОСТІ НАСИЧЕННЯ СПЛАВІВ ТА ВПЛИВУ НА МАТЕРІАЛИ ТЕРМІЧНИХ ОБРОБОК

Лабораторная работа

Физика

Мета роботи: Вивчення роботи диференціального магнітометра та дослідження з його допомогою основних магнітних характеристик і фазових перетворень в магнітних сплавах. Конструкція магнітометра та принцип його роботи.

Украинкский

2014-11-08

177.5 KB

0 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5 

ВИВЧЕННЯ МАГНІТНИХ СПЛАВІВ І ФАЗОВИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ ЗА ДОПОМОГОЮ ДИФЕРЕНЦІАЛЬНОГО МАГНІТОМЕТРА. ВИЗНАЧЕННЯ НАМАГНІЧЕНОСТІ НАСИЧЕННЯ СПЛАВІВ ТА ВПЛИВУ НА МАТЕРІАЛИ ТЕРМІЧНИХ ОБРОБОК

Мета роботи: Вивчення роботи диференціального магнітометра та дослідження з його допомогою основних магнітних характеристик і фазових перетворень в магнітних сплавах.

 Загальні відомості про магнітні властивості 

Магнітні властивості речовини обумовлені спіновими та орбітальними магнітними моментами електронів, а також магнітними моментами атомних ядер. Основну роль у створенні магнітного моменту атомів ряду важливих речовин грає спіновий магнітний момент, причому атом у цілому має магнітний момент при наявності нескомпенсованих спінів. Можливість появи нескомпенсованих спінів реалізується, зокрема, у перехідних й рідкісноземельних елементах. У деяких випадках між спінами сусідніх атомів може виникати сильна взаємодія, обумовлена обмінними силами. Це призводить до появи спонтанної намагніченості, що проявляється у феромагнетиках і ферімагнетиках.

 При внесенні речовини в магнітне поле в кожного атома з'являється складова магнітного моменту вздовж напрямку поля — результуючий магнітний момент.

 Магнітний момент одиниці об'єму називається намагніченістю й позначається буквою М.

 Намагніченість пропорційна напруженості магнітного поля:

          (1)

де  — магнітна сприйнятливість речовини.

 Величина сприйнятливості діа- і парамагнітних речовин дуже мала (10-3-10-6), причому в діамагнетиків вона негативна. Для феромагнетиків співвідношення (1) нелінійне внаслідок неоднозначної залежності сприйнятливості від поля. Суперпозиція зовнішнього поля Н і намагніченості зразка визначає магнітний потік Ф, а щільність цього потоку називається індукцією

        (2)

 Для феромагнетиків , де магнітна проникливість .

 Із чистих металів діамагнетиками є, наприклад, Ві, Sb, Аs. Набагато частіше зустрічаються парамагнетики. До їх числа входять рідкісноземельні елементи, метали групи платини й паладія, калій, натрій, а також всі феромагнетики при температурах вище точки Кюрі.

 Із всіх елементів феромагнітними в чистому виді є лише чотири: α-залізо, нікель, кобальт і гадоліній, причому тільки перші три практично використовуються в техніці. Однак цілий ряд різних феромагнітних матеріалів одержують у вигляді сплавів феромагнетиків з парамагнетиками або навіть як комбінацію неферомагнетиків.

 Феромагнітні матеріали мають цілий ряд специфічних властивостей, які обумовили їх широке застосування. Вимірювання характеристик феромагнетиків може бути використане для вивчення змін у сплавах при різних видах обробок.

 Конструкція магнітометра та принцип його роботи.

 Диференціальний магнітний метод заснований на порівнянні змін намагніченості зразка й відповідного еталона. Диференціальний магнітометр дозволяє значно підвищити чутливість вимірювань при вивченні невеликих магнітних ефектів. Принцип дії магнітометра (рис. 1) полягає в наступному. Зразок 4 і еталон 5 жорстко з'єднані один з одним під кутом 90° і прикріплені до державки 2 (рис. 1), що підтримується голчастими підшипниками 3 і може вільно обертатися відносно своєї вісі (рис. 1). Нижній кінець державки зі зразком і еталоном перебуває в полі потужного електромагніта, що забезпечує насичення еталона і зразка в напрямку їх поздовжніх осей. До верхньої частини державки прикріплене дзеркало 1, за допомогою якого вимірюють кут відхилення державки при змінах намагніченості зразка й еталона.

Рис. 1 Будова диференціального магнітометра

Рис. 2 Положення верхньої (б) та нижньої (а) частини магнітометра.

На рис. 2 зображене положення верхньої (б) і нижньої (а) частини магнітометра, на мал. 2(б) прямі ОА и ОА' є нормалями до площини дзеркала до появи зовнішнього магнітного поля магнітометра (ОА) і після його зникнення (ОА'). При вмиканні магнітометра нормаль (ОА) відхиляється від початкового положення на кут α (АОА'), а промінь лазера відхиляється на кут 2α(А0В).

 Застосування магнітометра для визначення намагніченості насичення кристалів і аморфних сплавів

На феромагнітний зразок, що має обєм  і намагніченість , в магнітному полі  діє механічний момент

        (3)

Аналогічно момент, що діє на еталон,

       (4)

Абсолютні величини цих векторів відповідно дорівнюють

      (5)

 ,     (6)

де

 

 

 У положенні рівноваги  , тобто

    (7)

В приведених вище формулах  Гн/м – магнітна стала;  – індукція насичення.

Для заліза 2,1 Тл.

 З формули (7) знаходимо для досліджуваного зразка:

      (8)

Виконання роботи

1. Встановити два абсолютно однакові еталонні зразки в магнітометр. Включити достатньо велике намагнічуюче поле. Зафіксувати положення світлового показчика на шкалі (α0). Це значення α = α0 буде відповідати «умовному нулю» магнітометра при використанні формули (8).

2. Вставити в державку еталонний зразок (Fе) і зразок для дослідження. Включити поле електромагніту. Виміряти кут відхилення 2α лазерного променя від точки на шкалі, яка відповідає умовному нулю.

3. Визначити індукцію досліджуваного зразка за допомогою формули (8). Впевнитися в тому, що з ростом величини магнітного поля електромагніту намагніченість М зразку зростає.

4. За значенням намагніченості М у великих полях орієнтовно визначити, який магнітний матеріал досліджувався в роботі.

 Контрольні запитання

1. Сформулювати визначення магнітного момента контуру зі струмом. В яких одиницях вимірюється магнітний момент?

2. Що таке спіновий і орбітальний магнітні моменти незаповненої електронної оболонки?

3. Петля гістерезису індукції феромагнетика, основні її характеристики (площа петлі, прямокутність петлі, залишкова індукція, коерцитивна сила, максимальна проникливість).

4. Які причини існування спонтанної намагніченості у феромагнетиках?

Література

  1.  А.А.Преображенский. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. М., 1972.
  2.  С.Тикадзуми. Физика феромагнетизма. М., 1983.

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82032. Техническое обеспечение и ремонт системы охлаждения (термостата) автомобиля 608.19 KB
  Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (далее — ДВС) представляет собой строгую очередность микровзрывов горючей смести в цилиндрах. Соответственно повышается и температура двигателя, которая становится критической.
82033. Пантограф П5- назначение, конструкция, неисправности, ремонт 145.48 KB
  Основным надежной работы токоприемника или как говорят специалисты высокого качества токосъема является прежде всего постоянство нажатия токоприемника на контактный провод. Но с другой стороны большее нажатие увеличивает механический износ контактного устройства токоприемника.
82034. Приготовление солянки сборной мясной на сковороде и хвороста 269 KB
  Мясо и мясные продукты составляют основную часть рациона питания человека. Лишь некоторые воздерживаются от употребления мяса и питаются исключительно вегетарианской пищей. Не смотря на то что человек употребляет мясо на протяжении нескольких тысяч лет, споры о пользе и вреде этого продукта не утихают.
82035. Расчет автоматизации систем управления котельным агрегатом типа БКЗ-420/140нгм 126.49 KB
  Большинство современных теплотехнических измерительных приборов основано на применении электрических принципов измерения неэлектрических величин температуры давления расхода и пр. Допускается максимально длительная паропроизводительность котла 450 т ч без увеличения давления в барабане.
82036. Техническое обслуживание и ремонт сцепления КамАЗ-4310 490.5 KB
  Автомобильный транспорт является наиболее массовым и удобным видом транспорта, обладающим большой маневренностью хорошей проходимостью и приспособленностью для эксплуатации в разных климатических и географических условиях.
82037. Технология изготовления детали подшипника на автоматизированном оборудовании с ПУ 5.4 MB
  Оборудование с ЧПУ может быть представлено: станочным парком например станками станки оборудованные числовым программным управлением называются станками с ЧПУ: для обработки металлов например фрезерные или токарные дерева пластмасс для резки листовых заготовок для обработки давлением и т.
82038. Проектування магістральної волоконно-оптичної лінії зв’язку між м. Луцьк та м. Хмельницький 1.59 MB
  Розвиток засобів зв’язку має велике значення для ефективного керування народним господарством чіткої роботи державного апарату та всебічного задоволення населення в потребі зв’язку і технічних засобів інформації. А це потребує збільшення пропускної спроможності лінії зв’язку приблизно в 10 разів кожні 1617 років.
82039. Разработка рекламного продукта для декоративного покрытия «Модесто» 18.14 MB
  Характеристики рекламируемого товара. На основе информации собранной из различных источников составляется перечень основных характеристик товара. В качестве основных характеристик которые желательно иметь для разработки рекламного продукта можно выделить следующие: наименование товара...
82040. Основные компоненты бизнес-плана Агентства наружной рекламы 464.5 KB
  Обычно полотно перетяжки изготавливается методом трафаретной печати на хлопчатобумажной ткани. При необходимости размещения на длительный срок или при изготовлении сложного макета используется либо сублимационная печать на шелковой ткани, либо печать на баннере.