Контрольные вопросы ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 56 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? 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: j dPm dv (1) где dРm – магнитный момент элемента объема магнетика. Как показывает эксперимент, вектор намагничения напряженностью магнитного поля в той же точке соотношения: связан с jН (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: F Pm 0 dH dl (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 dPmж = j ·dv = j ·S ·dℓ = H ·χ ·S· dℓ Подставляя значение dPmж в уравнение (3) получим формулу для определения силы, действующей на элемент жидкости, помещенной в неоднородное магнитное поле dF 0 S H dH (4) На конечный объем парамагнитной жидкости будет действовать сила: Н H2 F 0 S Н dH 0 S 2 0 (5) получим 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 0 H2 g h 2 где ρ – плотность раствора хлорного железа; g – ускорение силы тяжести. С помощью условия (6) можно определить магнитную восприимчивость: (6) (7) μ – для парамагнетиков можно принять равной единице. Заменяя Н Н – максимальное значение напряженности поля. Сила F положительна, то есть направлена в сторону возрастания Н. 2 gh 0 H 2 ρ = 1,3·10³ кг/м³; g = 9,8 м/с2; μ0 = 4π·10-7 Гн/м. В 0 2 gh 0 B2 (8) 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 1. 2. 3. I, А В, Тл h, м χ