• 5

Работа 48. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИА- И ПАРАМАГНЕТИКОВ

Принадлежности: аналитические весы с разновесом, электромагнит, милли­веберметр, амперметр постоянного тока, реостаты, набор образцов.

Магнитное состояние тел, помещенных во внешнее магнитное поле //, характеризуется величиной удельного (отнесенного к еди­нице объема) магнитного момента, возникающего в теле под дей­ствием этого поля

J=dM/dV. (1)

Опыт показывает, что по характеру намагничения все вещества разделяются на три класса. Один класс составляют вещества, у ко­торых вектор / много мень­ше //, имеет то же направ­ление, что и //, и пропор­ционален ему, так что

J^kH (х>0). (2)

N

 

Рис. 145. Расположение образца в зазоре магнита.

Такие вещества называются парамагнетиками. Величина х носит название магнитной восприимчивости. Магнитное состояние ве­щества удобно характеризовать векторохМ магнитной индукции.

В = (х0 (Н+J) = (х0 (1 + х) Н=          (3)

Величина fx = 1 —1— >с называется относительной магнитной проницае­мостью вещества. Очевидно, что у парамагнетиков > 1.

Другой класс составляют вещества, намагничение которых J противоположно //, т. е. вещества, у которых х < 0, fx < 1. Эти вещества называются диамагнетиками. Линейная зависимость между /и Н у диамагнетиков выполняется вплоть до самых высоких полей, которые можно получить. Величина | х | у диамагнетиков обычно гораздо ниже, чем у парамагнетиков.

К третьему классу относятся вещества, у которых fx 1 (достигает 106) и зависимость между J и Н оказывается существенно нелинейной. Эти вещества составляют класс ферромагнетиков.

Магнитную проницаемость веществ можно определить по силам, действующим на образец, помещенный в неоднородное магнитное поле. На рис. 145 изображен длинный образец, один из концов

которого расположен в магнитном зазоре, а другой выходит из области магнитного поля. Магнитная энергия W системы равна

W = ^ H2dv+ ^ VfH2dv,         (4)

1 2

где интеграл 1 распространен на область, расположенную вне об­разца, а интеграл 2 — на область, занятую образцом, |iB и |х — отно­сительные магнитные проницаемости воздуха и образца.

При смещении образца (например, на dl вниз) энергия будет рав­на W':

dv.       (5)

1' 2'

Интегралы Г и 2'распространены на области, соответствующие но­вому положению образца. Из рис. 145 ясно, что при смещении на dl первая область уменьшается на S dl (S — сечение образца), а вторая область увеличивается на ту же величину. Имеем поэтому

W - Г' = - ^ H2S dl + М- H2S dl =

= N (|A~>Ab) H2S dl Ъ biSLzl1H2S dl.      (6)

В формуле (6) пренебрежено отличием |iB от единицы; Н — напря­женность магнитного поля у конца образца.

Сила, действующая на образец, равна производной от энергии по перемещению

г _ Ию 0*-1) ШС_ tXpX//»S т

При написании (7) было учтено, что магнитная восприимчивость н связана с проницаемостью |i соотношением

|1 = 1 + х.

При выводе (7) были сделаны упрощающие предположения о том, что напряженности магнитного поля в образце и воздухе совпадают, а также, что распределение магнитного поля не зависит от передви­жения образца, поэтому формула (7) не является вполне точной; для результатов нашего опыта это обстоятельство, впрочем, не имеет значения.

Измерения. 1. С помощью милливеберметра установите связь между током возбуждения магнита и напряженностью магнитного поля в зазоре. Полученную зависимость изобразите на графике,

2.         Соберите схему, изображенную на рис. 146. Подвесьте к весам латунный образец и уравновесьте его с помощью разновеса. Вклю­чите магнитное поле и убедитесь в том, что образец втягивается в магнит (равновесие весов нарушается). Проделайте тот же опыт без образца — равновесие весов должно при этом сохраняться (при неудачном расположении весов относительно магнита могут сказываться силы, действующие на сами весы; предлагаемый опыт должен убедить студента в том, что нарушение равновесия связано именно с силами, действующими на образец).

3.         После того как получена уверенность в правильной работе установки, измерьте действующие на образец силы при нескольких

(не менее чем при трех!) значениях магнитного поля. Изменение маг­нитного поля происходит при включении ключом К сопротивлений Rx и /?2- Построив на графике зависимость силы F от Я2, убедитесь в том, что точки ложатся на прямую, проходящую через начало координат. По угловому коэффициенту прямой найдите х. Измере­ния произведите для латуни, красной меди и висмута.

4. Измерьте магнитную восприимчивость дистиллированной воды и 5, 10 и 20% растворов хлорного железа FeCl3 в воде (реко­мендуется приготовить 40% раствор и затем разбавлять его водой в 8, 4 и 2 раза). Постройте график зависимости магнитной восприим­чивости раствора от концентрации FeCl3. При работе с жидкостями необходимо, конечно, учитывать силы, действующие на пустой сосуд.

Весы, на которых производятся измерения, имеют воздушный демпфер, благодаря которому чашки быстро успокаиваются. Удобно определять небольшие силы непосредственно по отклонению стрелки весов. Для этого нужно сначала определить цену деления шкалы с помощью рейтера.

 

 

 

-                       =368

®—1

Рис. 146. Схема экспериментальной установки.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я