Laboratorium Fizyka Współczesna II

Sprawozdanie z ćwiczeń z dnia 19.02.2014

Przyroda II rok

Gdańsk, 19.02.2014

1. Doświadczenia z magnesami

Mikroskop elektronowy to urządzenie umożliwiające obserwacje próbek w znacznie większym powiększeniu niż w przypadku mikroskopu optycznego. Działanie mikroskopu elektronowego opiera się na własnościach wiązki/wiązek elektronów.

1. Doświadczenie I

Etap 1)

W środkowej części rynny z tworzywa sztucznego umieszczono 5 jednakowych pod względem ciężaru i średnicy kulek stalowych. Szóstą umieszczono na końcu rynny, następnie po podniesieniu tego końca, kulka zaczęła sunąć po rynnie w dół uderzając w rząd kulek. Uderzenie sprawiło, że ostatnia kulka z kolejki została wybita i wprawiona w ruch.

Wniosek: W tym przypadku została przedstawiona zasada zachowania energii i pędu, zgodnie z którą, poprzez zderzenia sprężyste pomiędzy kuleczkami, została przekazana energia kuleczki uderzającej pierwotnie w rząd. Kolejna kulka przekazała tę energię do następnej i tak kolejno, trafiając do ostatniej kulki, która energii nie miała komu przekazać, zatem sama została wzbudzona do ruchu. Kulka 6 otrzymała na początku potencjalną energię grawitacyjną, którą następnie zamieniła na energię kinetyczną, którą przekazała kolejnym kulkom.

Etap 2)

Drugim etapem doświadczenia było umieszczenie magnesu neodymowego przed pierwsza kulką w rzędzie. Spuszczona w dół kulka przyciągnięta siłą magnesu uderza z dodatkową energią w kuleczki, jak w poprzedniej części następuje przekazanie energii, jednak ostatnia kulka zostaje „wystrzelona” z rzędu z niemałą prędkością.

Wniosek: Magnes umieszczony na przodzie rzędu kulek przyciąga kulkę szóstą zwiększając jej energię przy uderzeniu. Ta dodatkowa porcja energii jest widoczna dopiero wówczas, gdy ostatnia kulka z rzędu odrywa się z bardzo dużą prędkością. Bardzo ciekawym elementem w tym doświadczeniu jest użycie magnesu neodymowego, który jako stop neodymu, żelaza i boru - jest kruchym materiałem wytwarzającym niezwykle silne pole magnetyczne.

Rys.1.1. Schemat budowy mikroskopu elektronowego

Źródło: obraz z materiałów udostępnionych przez mgr M.Behrendta

Rys.1.2. Oddziaływanie elektronów pierwotnych z próbką - efekty oddziaływania elektronów z ciałem stałym

Źródło: obraz z materiałów udostępnionych przez mgr M.Behrendta

2. Doświadczenie II

W trzy rurki wykonane z różnych materiałów: plastiku, miedzi oraz aluminium, o tej samej średnicy wewnętrznej oraz długości, a także umieszczonych w pozycji prostopadłej do podłoża, umieszczono małe kuleczki neodymowe. Czas spadku kuleczki przez rurkę plastikową wyniósł 0,09sek, w przypadku rurki aluminiowej czas ten wyniósł już 3 sek, zaś przez rurkę miedzianą magnes spadał aż 5,2 sek.

Wniosek: W przypadku izolatora, jakim jest plastik, czas spadku kulki wyniósł tak niewiele, ponieważ na to ciało działa jedynie grawitacja Ziemi. Zarówno miedź jak i aluminium należą do przewodników elektrycznych, dlatego też i w tym zjawisku należy szukać źródeł hamowania kulki. Zgodnie z regułą Lentza w rurce z przewdonika po wprowadzeniu zmiennego pola magnetycznego (kulki neodymowej) powstaje wirowe pole magnetyczne działającego w przeciwnym kierunku. Kierunek powstałego prądu magnetycznego jest przeciwny do kierunku spadku kulki wewnątrz układu. Wydłużony czas spadku w przypadku miedzi wynika przede wszystkim z jej większego przewodnictwa elektrycznego oraz większej przenikalności magnetycznej, co powoduje zwiększenie natężenia prądów wirowych prowadzącego do zwiększenia oporu wewnątrz układu.

3. Doświadczenie III

4 krążki magnesu umieszczone na wykonanej z PCV rurki z podstawą. Magnesy te zostały umieszczone w taki sposób, by sąsiadujące krążki były zwrócone do siebie tymi samymi biegunami, co powoduje ich wzajemne odpychanie się od siebie. Po wprowadzeniu do rurki stalowego walca można było zaobserwować zwiększenie się odelgłości pomiędzy krążkami.

Wniosek: Krążki po wprowadzeniu rdzenia w rurkę zaczęły oddziaływac nie tylko między sobą, ale także i z prętem. Zagęściły się linie sił pola magnetycznego, ponieważ obecność rdzenia stalowego spowodowała powstanie indukcji magnetycznej. Wzrosło natężenie oraz przenikalność magnetyczna ośrodka zwiększając tym samym odpychanie pomiędzy obecnymi w polu magnesami.

2. Badanie własności ferromagnetyków na podstawie ferrytu

1. Krzywa pierwotnego namagnesowania ferrytu

Wyznaczanie krzywej pierwotnego namagnesowania oznacza sprawdzenie zależności pomiędzywzrostem napięcia zasilającego układ (

Ux [V]	wzmocnienie [V]	namagnesowanie M	namagnesowanie M
0	0,2	0,4	0,08
1	0,2	1,08	0,216
2	0,2	2,04	0,408
3	0,2	2,72	0,544
4	0,2	3,44	0,688
5	0,2	4	0,8
6	0,2	4,4	0,88
7	0,2	4,6	0,92
8	0,2	4,8	0,96
9	0,2	4,92	0,984
10	0,2	5,04	1,008
11	0,2	5,12	1,024
12	0,2	5,2	1,04
13	0,2	5,28	1,056
14	0,2	5,36	1,072
15	0,2	5,44	1,088
16	0,2	5,44	1,088
17	0,2	5,48	1,096
18	0,2	5,52	1,104
19	0,2	5,56	1,112
20	0,2	5,6	1,12
21	0,2	5,64	1,128
22	0,2	5,68	1,136
23	0,2	5,68	1,136
24	0,2	5,74	1,148

2. Mikroskop elektronowy

Rodzaj urządzania: Hitachi TM 1000

Powiększenie maksymalne: 10 000x

Napięcie przyspieszające: 15kV

Kolor obrazu preparatu: szary

Widoczne cechy: liście skrętoległe wokół łodyżki, widoczne dziurki w liściach

Rysunek 2.1. Liść i łodyga mszaka merzyka w powiększeniu 100x

Przy powiększeniu 100x zaobserwowałyśmy, iż liście są zwinięte, zaś zarówno od spodniej jak i wewnętrznej strony posiadają dużą ilość dziurek. Na brzegach liście lekko pofałdowane, czasem poszarpane (Rys.2.1.)

Obserwacje liścia od spodu (lewa górna strona obrazka Rys.2.2.) przy powiększeniu tysiąckrotnym dodatkowo dostarczają informacji o kształcie i ogromnej ilości wgłębień. Widoczniejsza staje się struktura liścia podobna do plastra miodu. Widzimy, że ścianki każdej dziurki są lekko pofałdowane, w przeważającej ilości występują po 4 ścianki na każdą dziurkę, niekiedy zdarzają się 3 lub 5. Na brzegach liścia nie występują wgłębienia.

Rys.2.2. Liść mszaka merzyka w powiększeniu 1000x

Ostatnie zdjęcie (Rys.2.3.) przedstawia powiększenie jednej z dziurek zewnętrznej strony liścia mszaka. Na powiększeniu 10 000x widać na dnie wgłębienia formy małych wałków/wypukłości. Jest to wysuszona tkanka asymilacyjna, która z braku wody uformowała się w fałdki. Grubość ścianki wgłębienia to ok. 1-2um, ścianki są wyraźnie podwójne.

Rys.2.3. Liść mszaka merzyka w powiększeniu 10 000x

2

---