Wyznaczanie podatności magnetycznej paramagnetyków metodą wagową.

(1)

Ćwiczenie nr 40

Temat: Wyznaczanie podatności magnetycznej paramagnetyków metodą wagową. LITERATURA:

1. Podręczniki uniwersyteckie z zakresu fizyki ogólnej (np. Sz. Szczeniowski - Fizyka doświadczalna t 3. – Elektryczność i magnetyzm).

2. H. Szydłowski - Pracownia fizyczna. 3. C. Kittel - Wstęp do fizyki ciała stałego. 4. J. Morawiec - Podstawy fizyki, cz.II. 5. B. Staliński - Magnetochemia.

6. J. Smela, T. Zamorski, A. Puch – Pierwsza pracownia fizyczna – przewodnik, Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów 1995.

7. E. Purcel – Elektryczność i magnetyzm, PWN Warszawa 1975. 8. D. Halliday, R. Resnick – Fizyka t. 2, PWN Warszawa 1984. 9. B. Jaworski, A. Dietłaf – Kurs fizyki , t. 3, Warszawa 1984 10. M. Jeżewski – Fizyka PWN, Warszawa 1970.

ZAGADNIENIA KOLOKWIALNE:

1. Pole magnetyczne, wielkości charakteryzujące pole magnetyczne i ich jednostki w ukłazdzie SI.

2. Podział substancji ze względu na ich własności magnetyczne: dia-, para- i ferromagnetyki,

przenikalnośc magnetyczna, wektor namagnesowania. Podatność magnetyczna. 3. Interpretacja własności magnetycznych ciał na podstawie ich budowy atomowej. 4. Pomiar podatności magnetycznej substancji metodą wagową.

ZAGADNIENIA DOŚWIADCZALNE:

1. Wyznaczyć podatność magnetyczną trzech próbek wskazanych przez prowadzącego ćwiczenia.

PRZEBIEG EKSPERYMENTU:

(2)

2. Badaną próbkę zawieszamy na ramieniu wagi laboratoryjnej. Na szalkę nakładamy tyle odważników, aby waga była w równowadze.

3. Regulujemy zawieszenie próbki tak, aby przy uruchomionej wadze koniec był na jednej linii z dolnymi krawędziami biegunów elektromagnesu. Próbka nie może dotykać nabiegunników i powinna swobodnie przesuwać się między nimi.

3. Na szalkę wagi kładziemy delikatnie odważnik, np.150 mg. Włączamy prąd zasilania i delikatnie manewrując suwakiem opornicy doprowadzamy wagę do równowagi. Odnotowujemy masę odważnika m i odpowiadającą jej wartość natężenia prądu, przy którym waga została zrównoważona. Pomiary powtarzamy dla 3 - 5 różnych obciążeń szalki.

UWAGA: największy dopuszczalny prąd w obwodzie elektromagnesu wynosi 3 A.

4. Z załączonego wykresu odczytujemy wartości indukcji magnetycznej B odpowiadające natężeniu prądu, przy których waga została zrównoważona. Dla każdego pomiaru obliczamy podatność magnetyczną c z wzoru:

c







8

0 2 2

mg

d B

gdzie: _{0 - przenikalność magnetyczna próżni;}



₀

_

_{4 10}



_

7

Vs

Am

g - przyspieszenie ziemskie;

g

m

s

 9 81

,

₂

d - średnica próbki;

_d

_{ }

_{6 10}

3

_m

Znajdujemy wartość średnią podatności magnetycznej danej próbki. Na podstawie załączonej tabeli nr 1 obliczamy gęstość r materiału próbki. Na koniec znajdujemy tzw. podatność magnetyczną właściwą:

c

r



5. Pomiary opisane w punktach 2 - 4 wykonujemy dla trzech próbek.

UWAGA: Podczas pomiaru siły wciągającej należy uważać (szczególnie przy dużych wartościach natężenia prądu), aby próbka nie przyklejała się do nabiegunników. Z drugiej strony pomiary wykonywane przy bardzo małych wartościach siły wciągającej mogą być obarczone dużym błędem. W praktyce wartości m zawarte są w przedziale 50 - 250 mg.

Tabela 1:

(3)

Próbka szklanejmr (kg) wraz z badaną substancją mp (kg) wewnętrzna rurki  (m) badanej substancji h (m) A czerwony 0,01724 0,02574 0,006 0,238 B zielony 0,01768 0,02728 0,006 0,200 C fioletowy 0,01749 0,02324 0,006 0,206 D czarny 0,01751 0,02491 0,006 0,235 0 . 0 0 0 . 5 0 1 . 0 0 1 . 5 0 2 . 0 0 2 . 5 0 3 . 0 0

I ( A )

0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 2 0 . 2 4 0 . 2 6 0 . 2 8 0 . 3 2 0 . 3 4 0 . 3 6 0 . 3 8 0 . 4 2 0 . 4 4 0 . 4 6 0 . 4 8 0 . 5 2 0 . 5 4 0 . 5 6 0 . 5 8 0 . 6 2 0 . 6 4 0 . 0 0 0 . 1 0 0 . 2 0 0 . 3 0 0 . 4 0 0 . 5 0 0 . 6 0

B

(

T

)

Z a l e ż n o ś c i n d u k c j i p o l a m a g n e t y c z n e g o o d n a t ę ż e n i a p r ą d u z a s i l a j ą c e g o e l e k t r o m a g n e s p r z y n i e z m i e n i o n e j o d l e g ł o ś c i p o m i ę d z y n a d b i e g u n n i k a m i ( 8 m m ) .

y = 0 , 2 1 2 7 x