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

7439. Составление авторской композиции и роспись изделия необычной формы-лейки в стиле жостово (создание предмета ДПИ) 150.5 KB
  Введение. Народное искусство— создаваемые народом на основе коллективного творческого опыта, национальных традиций и бытующие в народных массах поэзия (предания, сказки, эпос), музыка (песни, наигрыши, пьесы), театр (драмы, театр кукол, сатир...
7440. Мотопехотный батальон армии США в обороне 55 KB
  Мотопехотный батальон армии США в обороне Введение В данной работе я раскрываю организацию, численность и вооружение мотопехотного батальона армии США, а также действия батальона в обороне. Оборона в армии США считается вынужденным...
7441. Изучение основных положений теории игр, а также разработка игровой программы на языке программирования Turbo Pascal 134.5 KB
  Введение Большинство пользователей, как опытных, так и начинающих, не без удовольствия играют в компьютерные игры. Компьютерные игры сравнительно молодое явление, обладающее достаточно богатой историей, со своими падениями и взлетами. Их история нач...
7442. Технико-экономический проект развития ГТС 219 KB
  Технико-экономический проект развития ГТС Вариант № 08 Задание: На районированной городской телефонной сети с узлами входящих сообщений (УВС) планируется ввод в действие станции в одном из узловых районов. Исходные данные по ёмкости проектируе...
7443. Аналіз проходження сигналів в лінійному електричному колі спектральним методом 234 KB
  Аналіз проходження сигналів в лінійному електричному колі спектральним методом Основна мета роботи Основна мета роботи - засвоєння спектрального метода аналізу процесів шляхом розв‘язку задачі по визначенню реакції лінійного електричного ...
7444. Изучение устройства и работы компрессионных колец двигателя ЗМЗ-406 444 KB
  ВВЕДЕНИЕ Целью работы является изучение устройства и работы компрессионных колец двигателя ЗМЗ-406, а также их взаимодействие с деталями КШМ. Определить изнашиваемые и разрушающиеся поверхности, виды трения и износа. Изучить, как проводится восстано...
7445. Административно-правовое регулирование реализации прав, свобод и обязанностей граждан 206 KB
  Административно-правовое регулирование реализации прав, свобод и обязанностей граждан ПЛАН Введение Понятие и механизм административно-правового регулирования. Административно-правовое обеспечение прав и свобод граждан. Администрат...
7446. Система управленческого учета на предприятии ЗАО Мензелинский хлебозавод 201 KB
  Система управленческого учета на предприятии ЗАО Мензелинский хлебозавод ВВЕДЕНИЕ Переход к рыночным отношениям совершенно по-иному определяет место предприятия экономике. Эффективность его работы во многом зависит от управленческой деятельности, об...
7447. Расчет параметров и изучение структуры гидропривода агрегатного станка 359 KB
  ЗАДАНИЕ на курсовую работу по дисциплине: Гидравлика Тема проекта: Расчет параметров и изучение структуры гидропривода агрегатного станка Технические условия: диаметры трубопроводов гидролиний dтр=12 мм нагрузка на агрегатную головку в период рабоч...