Rok akademicki 2006/2007	Laboratorium z fizyki
Nr ćwiczenia: 73	Pomiar podatności metodą wagi Gouy'a
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Grupa: OCiK/ 3lab IŚ	Katarzyna Niebieszczańska
Data wykonania: 2006-12-19	Ocena	Data zaliczenia	Podpis

1. Wstęp

Ze względu na wartość i znak podatności magnetycznej materiały magnetyczne można podzielić na:

• diamagnetyki - w atomach tych pierwiastków orbitalne i spinowe momenty magnetyczne wszystkich elektronów wchodzących w skład atomu kompensują się nawzajem i wobec tego w nieobecności zewnętrznego pola magnetycznego taki atom nie wytwarza własnego pola magnetycznego.

• paramagnetyki - w atomach tych pierwiastków kompensacja momentów magnetycznych na ogół nie jest całkowita. Substancja zbudowana z atomów paramagnetycznych w nieobecności zewnętrznego pola magnetycznego nie wykazuje na ogół wypadkowego namagnesowania. Wynika to stąd, że momenty magnetyczne poszczególnych atomów są ustawione przypadkowo i pola magnetyczne wytwarzane przez każdy z tych atomów wzajemnie się znoszą.

• ferromagnetyki - zaliczane są do substancji, które magnesują się w zewnętrznym polu magnetycznym bardzo silnie, a wartość tego namagnesowania zależy nie tylko od wartości pola magnesującego, ale i od tego, czy i jakie było namagnesowanie wcześniej.

Celem naszego ćwiczenia jest poznanie wielkości fizycznych charakteryzujących własności magnetyczne ciał stałych, a także określenie, metodą wagi Gouy'a wartości podatności magnetycznej kilku materiałów paramagnetycznych.

Po zamontowaniu układu pomiarowego umieszczamy w polu magnetycznym elektromagnesu próbkę z wybranym związkiem. Zawieszamy ją na jednej z szalek wagi laboratoryjnej, a następnie równoważymy wagę. Włączamy zasilanie elektromagnesu i ustawiamy żądane natężenie prądu jaki ma płynąć w obwodzie elektromagnesu. Pod wpływem siły działającej na próbkę waga odchyla się od położenia zrównoważenia. Dokładamy wtedy odważniki, tak aby ją ponownie zrównoważyć, wartość masy dołożonej do szalki zapisujemy w tabelce pomiarowej. Mając znaną masę możemy odliczyć siłę działającą na próbkę zgodnie ze wzorem:

F=mg

gdzie:

m - masa dołożona na szalkę,

g - przyspieszenie ziemskie równe 9,81 m/s²

Siła działająca na próbkę o długości dx i polu przekroju S jest równe:

Siła działająca na całą próbkę wynosi:

zatem podatność magnetyczna wyraża się wzorem:

skąd, gdy
otrzymujemy:

Wielkość pola H_y możemy znaleźć badając charakterystykę elektromagnesu B = f (I)

2. Schemat układu pomiarowego

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów

• amperomierz

ΔI=±2% wartości mierzonej + 0,02 A

• teslomierz

klasa: 2,5 %

zakres: 2T → ΔB = 0,05 T

• waga

ze względu na stosowany najmniejszy odważnik 10 mg Δm=±5mg

4. Tabele pomiarowe

1. Charakterystyka elektromagnesu

I [A]	0,5	1	1,5	2,0	2,5	3,0
B[mT]	115	215	300	450	540	640

2) Przekrój wewnętrzny badanych rurek

Lp	NiSO4		Cu SO4		Fe(NH4)2(SO4) 6H2O
	d[mm]		d[mm]		d[mm]
1	8,11		9,43		8,35
2	8,15		9,62		8,31
3	8,19		9,44		8,33
d	8,15	9,50		8,33

NiSO4 - siarczan niklawy

Cu SO₄

Fe(NH₄)₂(SO₄) 6H₂O - sól Mohra

3) znaczenie siły działającej na próbkę umieszczoną w polu magnetycznym oraz podatności magnetycznej

Lp.	I	NiSO4		I	Cu SO4
		A	m [mg]	F=mg [N]	A	m [mg]	F=mg [N]
1	2,5	100	981 · 10^-6	3	45	441,5 · 10^-6
2	2	75	735,8 · 10^-6	2,5	25	245,3 · 10^-6
	1,5	45	441,5 · 10^-6	-	-	-
	1	25	245,3 · 10^-6	-	-	-

Lp.	I	Fe(NH4)2(SO4) 6H2O
		A	m [mg]	F=mg [N]
1	3	150	1472·10^-6
2	2,5	90	883· 10^-6

I	B	( NiSO4)	Cu SO4	( Fe(NH4)2(SO4) 6H2O)
		mT
2,5	540	1,59· 10^-4	3,82· 10^-4	6,89· 10^-4
2	450	1,72· 10^-4	2,98· 10^-4	5,81 · 10^-4
1,5	300	2,32· 10^-4	-	-
1	215	2,51· 10^-4	-	-
średnio	-	2,03· 10^-4	3,4· 10^-4	6,35· 10^-4

5. Przykładowe obliczenia.

Obliczenie siły działającej na próbkę (pomiar nr 1 - prąd 2,5 A) dla NiSO4

F = 100 · 10^-6 · 9,81 = 981· 10^-6 [N]

Obliczenie podatności magnetycznej (pomiar nr 1 - prąd 2,5 A) dla NiSO4

I = 2,5 A

B = 540

μ₀ = 4π·10^-7=0,000001256

d = 8,15 = 0,00815 m

S = πr² = 3,14 (4,1 · 10^-3)² = 5,3 ·10^-5 m²

= 1,59 · 10^-4

6. Rachunek błędów

Dla NiSO₄:

Po podstawieniu otrzymujemy:

2,6 · 10^-3

7. Wnioski

Wykonanie pomiarów było trudne ze względu na błąd przy pomiarze średnicy wewnętrznej rurek oraz niedokładność odczytu na wadze laboratoryjnej . Użyte w doświadczeniu próbki : siarczan niklawy, siarczan miedzi oraz sól Mohra potwierdziły swoje właściwości magnetyczne.

Na podstawie doświadczenia można stwierdzić, że ze względu na wartość i znak podatności magnetycznej materiały magnetyczne można podzielić na trzy grupy: ferromagnetyki, paramagnetyki i diamagnetyki. Każde ciało zachowuje się inaczej w polu magnetycznym.

---