Лабораторная работа № 8
Измерение магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ
Цель работы: 1. Измерить магнитную восприимчивость воды и растворов медного купороса. 2. По известным значениям восприимчивости раствора и растворителя рассчитать восприимчивость растворенного вещества.
Краткая теория Измерение магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ чрезвычайно важно для физических исследований, так как это дает возможность в некоторых случаях определять магнитные моменты атомов и молекул, судить об электронной структуре молекул и, что особенно важно, о ее перестройке при разного рода воздействиях. По изменению магнитной восприимчивости твердого тела можно судить о фазовых переходах; по магнитной восприимчивости диамагнетиков определяют размеры атомов и молекул. Вследствие малой величины магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ методика ее измерения существенно отличается от методики измерения магнитной восприимчивости ферромагнетиков. Основными методами измерения восприимчивости слабомагнитных веществ являются силометрический, магнитометрический, индукционный и параметрический. Магнитометрический метод основан на определении индукции вблизи исследуемого образца, помещенного во внешнее магнитное поле. В настоящее время этот метод обещает дать наивысшую чувствительность в определении æ(10-9 – 10-10). Такая чувствительность обеспечивается квантовыми градиентомерами, основанными на эффекте Джозефсона в сверхпроводниках. Индукционный метод состоит в измерении магнитного потока в испытуемом образце посредством измерения индуцированной ЭДС в измерительной обмотке, охватывающей образец.
Параметрический метод. Исследуемый образец вставляется в катушку индуктивности, которая является частью колебательного контура автогенератора; при этом измеряется изменение частоты контура, связанное с восприимчивостью вещества. Силометрический метод является наиболее распространенным способом измерениях æ. Он основан на определении механической силы, действующей на образец в неоднородном магнитном поле. Рассмотрим, как действует магнитное поле на магнитный момент. В качестве объекта, обладающего магнитным моментом Pm, возьмем небольшую прямоугольную рамку, по которой течёт постоянный ток i. Поместим эту рамку в неоднородное магнитное поле с индукцией B. На рамку действует вращающий момент
Рис. 24. Действие сил на рамку, помещенную в неоднородное магнитное поле B.
Рассмотрим частный случай, когда магнитное поле В направлено перпендикулярно плоскости XZ и изменяется по величине в направлении оси X (одномерный случай). На каждую сторону рамки по закону Ампера
Учитывая, что магнитный момент Pm=iΔS=ibΔx, получаем
При рассмотрении общего случая, если поле неоднородно во всем пространстве, сила, действующая на рамку с магнитным моментом
Поскольку магнитный момент единицы объема вещества равен намагниченности М, то при помещении его в неоднородное магнитное поле В0 на единицу объема этого вещества будет действовать сила
или
где У парамагнетика намагниченность Формулу (48) можно получить и из других соображений. Энергия взаимодействия магнитного момента с внешним полем индукции В равна (в системе СИ) скалярному произведению
В стационарных условиях, т.е. если поле неоднородно, но постоянно во времени, силу, действующую на магнитный момент Если магнитный момент
или, переходя к намагниченности, сила, действующая на единицу объема вещества в неоднородном поле
Это согласуется с формулами (45) и (48). Если испытуемый образец объемом V настолько мал, что на всем его протяжении выражение
(метод Фарадея). Если же размеры испытуемого образца значительны и
(метод Гуи-Квинке).
Читайте также: А. Лабораторная установка Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|