ĆWICZENIE NR 62

BADANIE PODATNOŚCI MAGNETYCZNEJ CIAŁ DIA- I PARAMAGNETYCZNYCH

WSTĘP TEORETYCZNY

Własności magnetyczne materii określamy parametrami: przenikalnością magnetyczną, indukcją magnetyczną, namagnesowaniem, podatnością magnetyczną, polaryzacją magnetyczną. Podatność magnetyczna jest wielkością, która bardzo dobrze opisuje własności ciał bardzo słabo magnesujących się. Siła F działająca na ciało w polu magnetycznym posiada taki zwrot, że jeżeli moment jest skierowany zgodnie z polem H próbka jest wciągana w obszar silniejszego pola. Jeżeli zwrot momentu j jest przeciwny próbka jest wypychana z obszaru pola. Jeżeli próbką jest pręt o przekroju S i jego dolny koniec znajduje się w polu o natężeniu H₁, a górny w polu o natężeniu H₂, to siła wyraża się wzorem:

DIAMAGNETYZM - zjawisko wzbudzania dodatkowego momentu magnetycznego w powłokach elektronowych atomów pod wpływem działąnia zewnętrznego pola magnetycznego. Diamagnetyzmem odznaczają się wszystkie substancje, jednak obserwuje się go jedynie wówczas, gdy atomy, jony lub cząsteczki nie wykazują wypadkowego momentu magnetycznego. Diamagnetyki dzielimy na normalne (klasyczne) (cynk, złoto, rtęć, krzem, fosfor, siarka), anomalne(bizmut, gal, antymon, grafit) i nadprzewodniki.

PARAMAGNETYZM - ogół właściwości magnetycznych niektórych substancji, których atomy mają stały moment magnetyczny niezależny od zewnętrznego pola magentycznego. Po wprowadzeniu paramagnetyka do obszaru jednorodnego zewnętrznego pola magnetycznego obserwuje się zjawisko precesji orbit elektronowych i wektorów momentów magnetycznych atomów dookoła kierunku tego pola. Jednoczesne działanie pola zewnętrznego i ruchu cieplnego atomów przyczynia się do powstania dominującej orientacji momentów magnetycznych atomów wzdłuż kierunku pola.Paramagnetyki dzielimy na normalne (Tlen, Tlenek Azotu, Platyna, Pallad, sole żelaza, kobaltu, niklu oraz Żelazo, Kobalt i Nikiel), metaliczne (lit, sód, potas, rubid i cez) i antyferromagnetyki (ciała krystaliczne zbudowane z metali przejściowych lub z ich stopów i związków chemicznych).

FERROMAGNETYZM - istnieje jedynie w przypadku określonych parametrów sieci krystalicznej. Sąsiednie atomy powinny występować w określonej odległości. Ferromagnetyki to ciała magnetyczne, w których własne (wewnętrzne) pole magnetyczne może setki i tysiące razy przekraczać wywołujące je zewnętrzne pole magnetyczne. Ferromagnetyki to Żelazo, Kobalt i Nikiel, a antyferromagnetyki (spinowe momenty magnetyczne są zorientowane antyrównolegle do siebie) to halogeny pierwiastków grupy żelaza, chromu, manganu.

POMIARY I OBLICZENIA

L.P.
1	0.00575
2	0.00585
3	0.0058
4	0.0059
5	0.0059
6	0.0057
7	0.0058
8	0.00585
9	0.0059
10	0.0059
	0.005835

Średnica próbki aluminiowej d [m]

Dokładność suwmiarki = m

[m]

L.P.
1	0.0059
2	0.00595
3	0.00595
4	0.0059
5	0.0060
6	0.0060
7	0.00605
8	0.0060
9	0.00595
10	0.00605
	0.005975

Średnica próbki miedzianej d [m]

Dokładność suwmiarki = m

[m]

Masa nici : 621,8 [mg] - masę nici odejmujemy od masy próbek.

Masa próbek [kg]

	Bez pola [kg]	W polu 500 Oe
Al	6387⋅10^-6	6417⋅10^-6	30⋅10^-6	29,43⋅10^-5
Cu	20185,6⋅10^-6	20184,8⋅10^-6	-0.8⋅10^-6	0,7848⋅10^-5

g - przyspieszenie ziemskie

Ze wzoru możemy obliczyć podatność magnetyczną próbek.

Wzór na zmianę Oerstedów na Amper/metr jest następujący:

Wzór ogólny można przekształcić do prostszej postaci, korzystając z wzorów na niektóre stałe.

Ponieważ miernik wyskalowany był w Oerstedach, wykorzystamy to i za h - podamy wartość w Oerstedach.

I tak, podatność aluminium wynosi:

Natomiast błąd pomiaru obliczymy z metody różniczki logarytmicznej:

Z kolei podatność magnetyczna miedzi wynosi:

A błąd pomiaru - z różniczki logarytmicznej:

WNIOSKI

Porównanie z wartościami tablicowymi wypada niezbyt pomyślnie, aczkolwiek w przypadku podatności magnetycznej spotkałem się z trzema odmiennymi wartościami w trzech różnych tablicach. Nie zmienia to jednak faktu iż tablicowe wartości wahają się od 13-19⋅10^-6, a otrzymany wynik różni się o rząd. Prawdopodobnie spowodowane jest to podaniem niezbyt dokładnej wartości przyspieszenia ziemskiego, jak i jednokrotne zważenie próbek. Być może wielokrotnie zważone próbki wykażą mniejszą różnicę (lub odpowiednio większą) i wynik przybliżyłby się znacznie do tablic. Jednakże podatność magnetyczna dia- i paramagnetyków jest tak niewielka, że przy tak niedokładnych pomiarach, uzyskane wyniki wydają się być wielce prawdopodobne.

---