Rok akademicki 1997/98 |
Laboratorium z fizyki |
|||
Nr ćwiczenia: 73 |
Pomiar oporności metodą wagi Gouy'a
|
|||
Wydział: Elektronika Kierunek: I.K. |
TOMASZ SUCHOCKI |
|||
Data wykonania 1998-04-25 |
Ocena |
Data zaliczenia |
Podpis |
|
|
T |
|
|
|
|
S |
|
|
|
1. ZASADA POMIARU.
Materiały magnetyczne można podzielić na :
- diamagnetyki,
- paramagnetyki
- ferromagnetyki.
To czy jest to diamagnetyk , paramagnetyk czy ferromagnetyk jest uzależnione głównie od właściwości magnetycznych badanych próbek. Podatność magnetyczną możemy zmierzyć za pomocą pomiaru wielkość siły działającej na próbkę umieszczoną w niejednorodnym polu magnetycznym. Siła działająca na próbkę o długości dx i polu przekroju S jest równa:
Z powyższego wzoru możemy wyprowadzić wzór na siłę działającą na całą próbkę:
,
podatność magnetyczna wyraża się wzorem:
,
skąd gdy Hy >>Hy0:
Przebieg ćwiczenia.
Zestawu próbek:
- FeCl3 - chlorek żelazowy - kolor żółty
- CuSO4 - siarczan miedziowy - kolor niebieski
- NiSO4 - siarczan niklawy - kolor zielony
- Bi - bizmut - metal
- C - grafit
Z podanego zestawu wybrałem trzy próbki:
- FeCl3 - chlorek żelazowy - kolor żółty
- CuSO4 - siarczan miedziowy - kolor niebieski
- C - grafit
Mierzymy średnice przekroju poprzecznego próbek w kilku miejscach (góra próbki,dół próbki,środek próbki).W metodzie Gouya próbka w kształcie jednorodnego na średnicy walca, umieszczona jest tak w układzie pomiarowym, tak że jeden z jej końców znajduje się w środku szczeliny elektromagnesu, gdzie pole Hyo jest silne i jednorodne. Drugi jej koniec znajduje się w obszarze, gdzie pole Hyo jest względnie słabe.
Na znajdującą się w polu magnetycznym próbkę dziła siła która wciąga próbkę w obszar silnego pola magnetycznego(przy założeniu że próbka ma dodatnią podatność). Wartość siły mierzona jest przy pomocy wagi.
2. SCHEMAT POMIAROWY.
3. OCENA DOKŁADNOŚCI POJEDYNCZYCH POMIARÓW.
a) teslomierz: ΔB=± 30 mT
b) suwmiarka: dokładność 0,1mm
c) odważniki Δm= ± 10 mg (najmniejszy odważnik)
4. TABELE POMIAROWE.
TABELA NR 1. Średnice przekroju poprzecznego wybranych próbek.
Lp |
Próbka Nr1 : GRAFIT |
Próbka Nr2 : CHLOREK ŻELAZOWY |
Próbka Nr3 : SIARCZAN MIEDZIOWY |
|
d [mm] |
d [mm] |
d [mm] |
1 |
8 |
5 |
10 |
2 |
8 |
5 |
10 |
3 |
8 |
5 |
10 |
dśr |
8 |
5 |
10 |
TABELA NR 2. Charakterystyka elektromagnesu.
I [A] |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
4,5 |
5 |
5,5 |
6 |
B [mT] |
109 |
159 |
206 |
260 |
308 |
360 |
412 |
464 |
518 |
560 |
605 |
TABELA NR 3. Wyznaczanie siły działającej na próbkę umieszczoną w
różnych polach magnetycznych.
Lp |
I |
Próbka 1 |
(C) |
Próbka 2 |
(FeCl3) |
Próbka 3 |
(CuSO4) |
|
[A] |
m[mg] |
F=mg [N] |
m[mg] |
F=mg [N] |
m[mg] |
F=mg [N] |
1 |
5 |
-100 |
-981*10-6 |
80 |
785*10-6 |
60 |
589*10-6 |
2 |
4 |
-70 |
-687*10-6 |
50 |
491*10-6 |
40 |
392*10-6 |
3 |
3 |
- 30 |
-294*10-6 |
40 |
392*10-6 |
20 |
196*10-6 |
4 |
2 |
-10 |
-98*10-6 |
10 |
98*10-6 |
0 |
0 |
TABELA NR 4. Podatność magnetyczna próbek
B[mT] |
Xc |
XFeCl3 |
XCuSO4 |
518 |
-75,41*10-6 |
60,3*10-6 |
45,2*10-6 |
412 |
-52,81*10-6 |
37,7*10-6 |
30,1*10-6 |
308 |
-22,6*10-6 |
30,1*10-6 |
15,1*10-6 |
206 |
-7,5*10-6 |
7,5*10-6 |
0 |
Xśr |
-39,59*10-6 |
33,91*10-6 |
22,57*10-6 |
5. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA.
Obliczenia dla tabeli 1 (kolumna 2)- wartość średnia średnicy przekroju poprzecznego próbek liczyłem ze wzoru:
Obliczenie siły działającej na próbkę .
Obliczamy ze wzoru:
F= m * g [N]
gdzie : m - masa , g - przyspieszenie ziemskie ( 9,81 m\s2 )
Próbka C. Dla I = 4 [A] F = -70 * 9,81 = 687 * 10-6 [N]
Próbka FeCl3. Dla I = 4 [A] F = 50 * 9,81 = 491 * 10-6 [N]
Próbka CuSO4. Dla I = 3 [A] F = 20 * 9,81 = 196 * 10-6 [N]
Obliczenie podatności magnetycznej .
Liczone na podstawie wzoru:
S = π⋅r2 [mm2] ,
[T⋅m/H]
próbka 1 - C
próbka 2 - FeCl3
próbka 3 - CuSO4
Wartość średnia
Xśr (C) = - 39,58* 10-6 ; Xśr (FeCl3) = 33,91* 10-6 ; Xśr (CuSO4) = 22,57* 10-6
6. RACHUNEK BŁĘDÓW.
Obliczenie błędu maksymalnego podatności z różniczki logarytmicznej
Pomiar1: ΔB=± 30 mT Δd = 0,1mm Δm= ± 10 mg
próbka 1 (C) - x = 0,3* 10-6
próbka 2 (FeCL3) - x = 0,9* 10-6
próbka 3 (CuSO4) - x = 0,7* 10-6
7. ZESTAWIENIE WYNIKÓW.
Podatność magnetyczna C : X = Xśr + ΔXmax = (-39,58 ± 0,3) * 10-6
Podatność magnetyczna FeCl3 : X = Xśr + ΔXmax = (33,91 ± 0,9) * 10-6
Podatność magnetyczna CuSO4: X = Xśr + ΔXmax = (22,57 ± 0,7) * 10-6
8. UWAGI I WNIOSKI.
Głównym błędem pomiarowym w wykonanym ćwiczeniu był błąd przy pomiarze średnicy próbek . Było to głównie uzależnione od wykonującego pomiary .Bardzo ciekawie zachowywała się próbka grafitu , która po umieszczeniu w polu magnetycznym była z niego wypychana (siła skierowana odwrotnie). Natomiast pozostałe dwie próbki a mianowicie siarczan miedziowy i chlorek żelazowy były wciągane w głąb pola magnetycznego (działanie siły). Z powyższych spostrzeżeń mogę stwierdzić, że grafit jest diamagnetykiem. Kierunek siły oddziaływującej na próbki był głównie uzależniony od własności magnetycznych badanych próbek , w tym przypadku mam na myśli ich podatność magnetyczną.