<ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ РАСТВОРА ХЛОРНОГО ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 56

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ РАСТВОРА ХЛОРНОГО ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ

Фамилия И.О. _____________   Группа ______   Дата ______

 

Введение

Намагничивание магнетика характеризуется магнитным моментом единицы объема. Эту величину называют вектором намагничения j.

Для элементарного объема dV магнетика вектор намагничения выразится соотношением:

                                                     (1)

где m – магнитный момент элемента объема магнетика.

Как показывает эксперимент, вектор намагничения связан с напряженностью магнитного поля в той же точке соотношения:

                                                     (2)

где χ – магнитная восприимчивость вещества.

В зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости все магнетики подразделяются на три группы: диа-, пара- и ферромагнетики.

Раствор хлорного железа в воде относится к парамагнитным веществам.

Используя силовое действие неоднородного магнитного поля на парамагнитную жидкость, определим ее магнитную восприимчивость.

Подобно тому, как на замкнутый контур с током на парамагнитную жидкость, налитую в стеклянную трубку сечением S и высотой dℓ, помещенную в неоднородное магнитное поле, действует сила:

                                              (3)

где Рm – магнитный момент тока (для элементарного объема жидкости dPm);

μ0 – магнитная постоянная;

μ – магнитная проницаемость среды;

dН/dℓ - градиент напряженности магнитного поля.

Из соотношений (1) и (2) следует, что

dP = j ·dv = j ·S ·dℓ = H ·χ ·S· dℓ

Подставляя значение dP в уравнение (3) получим формулу для определения силы, действующей на элемент жидкости, помещенной в неоднородное магнитное поле

                                         (4)

 

 

 

На конечный объем парамагнитной жидкости будет действовать сила:

                      (5)

Н – максимальное значение напряженности поля.

Сила F положительна, то есть направлена в сторону возрастания Н.

 

Описание установки и теория метода измерений


Для образования неоднородного магнитного поля используется электромагнит, полюсные наконечники которого имеют форму усеченных конусов. Обмотки электромагнита подключаются к источнику постоянного напряжения электрической схемы, изображенной на рис. 1

Между полюсами электромагнита помещается одно колено U-образной стеклянной трубки, в которую налит раствор хлорного железа. При включении поля уровень раствора в этом колене повышается на некоторую высоту h. Изменение уровня раствора будет происходить до тех пор, пока сила F не уравновесится весом столба раствора высотою h. В этом случае будет выполняться условие

                                 (6)

где ρ – плотность раствора хлорного железа;

g – ускорение силы тяжести.

С помощью условия (6) можно определить магнитную восприимчивость:

                                                (7)

μ – для парамагнетиков можно принять равной единице.

Заменяя

получим

                                               (8)

ρ = 1,3·10³ кг/м³;

g = 9,8 м/с2;

μ0 = 4π·10-7 Гн/м.

 

Порядок выполнения работы

1.        Ознакомиться с установкой, собранной согласно рис. 1

2.        С помощью винта подъемного механизма (не изображенного на рисунке), установить колено U-образной трубки так, чтобы уровень раствора хлорного железа был на середине между полюсными наконечниками (см. отметку). Записать показание на шкале.

3.        Включить электрическую цепь. С помощью реостата R установить ток, порядка 1 ампера. В колене U-образной трубки произойдет изменение уровня раствора. Записать повторное показание на шкале. Разность показаний определяет высоту стола жидкости h, весом которого уравновешивается сила F.

4.        Величину магнитной индукции В определить из графика В = f (I), приведенного на панели установки. Значение ρ указано на рабочем столе.

5.        Провести опыт три раза при разных значениях тока. В конце каждого измерения необходимо выключить цепь электромагнита.

6.        По данным измерений вычислить магнитную восприимчивость хлорного железа χ.

 

№ п/п

I, А

В, Тл

h, м

χ

1.

 

 

 

 

2.

 

 

 

 

3.

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

 

1.      Что называется вектором намагничивания магнетика и как он связан с индукцией магнитного поля?

2.      Какой механизм намагничивания парамагнетика и чем он отличается от механизма намагничивания диамагнетика?

3.      Что называется магнитной восприимчивостью?

4.      Запишите связь между магнитной восприимчивостью парамагнетика и его магнитной проницаемостью.

5.      Что характеризует градиент напряженности магнитного поля?

6.      С какой целью полюса магнита сделаны конусной формы?

7.      С какой целью вглубь соленоида вставляется железный сердечник?

8.      Как зависит индукция магнитного поля от силы тока в обмотке магнита?

9.      Что такое магнитное поле? Единицы его измерения.

10.  Зависит ли магнитная восприимчивость парамагнетика от температуры и как?

11.  Какие силы действуют на парамагнитную жидкость, которая находится в магнитном поле?

12.  Какое магнитное поле называется неоднородным? Как его изобразить графически?