Исследование магнитной индукции в железе баллистическим методом: Методические указания к выполнению лабораторной работы № 9фкс

Министерство образования Российской Федерации

Сибирский государственный индустриальный университет

Кафедра физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9фкс

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ЖЕЛЕЗЕ

БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу “Общая физика”

Новокузнецк

2002

УДК  536.7:519.2(07)

          Исследование магнитной индукции в железе баллистическим методом: Метод.указ./ Сост.: Н.К.Дорошенко, И.Н.Воронов, С.В.Коновалов, Т.Г.Бокова, Е.В.Мартусевич; СибГИУ.- Новокузнецк, 2002 – 10 с.

          В работе исследуется метод количественного определения характеристик магнитного поля.

          Работа предназначена для студентов всех специальностей.

          Рецензент – кафедра высшей математики СибГИУ (зав.кафедрой С.А.Лактионов).

          Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ЖЕЛЕЗЕ

БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Теория исследуемого явления

          Все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются и создают свое собственное магнитное поле за счет микроскопических токов, обусловленных движением электронов в атомах и молекулах. В результате наложения этих полей возникает суммарное магнитное поле, которое характеризуется вектором магнитной индукции  , связанным с  соотношением: 

,

где  12,57×10^-7 Гн/м – магнитная постоянная; m - магнитная проницаемость вещества.

          В зависимости от поведения во внешнем магнитном поле различают три типа магнитных веществ. Вектор  характеризует результирующее поле, созданное как макроскопическими токами в проводниках (токами проводимости), так и микроскопическими токами в магнетиках, поэтому линии вектора магнитной индукции не имеют источников и являются замкнутыми, т.е.

 ,

где - вектор магнитной индукции микротоков (поля, создаваемого молекулярными токами).

          Диамагнетики – это вещества, в которых под действием внешнего магнитного поля, индуцируется собственное магнитное поле, ориентированное против внешнего, т.е. В = В_о – В` , m<1.

          Парамагнетики – это вещества, в которых индуцируется внутреннее поле, параллельное внешнему, но малое по величине, т.е. В = В₀ – В^` , m>1.

          Помимо рассмотренных двух классов веществ – диа- и парамагнетиков, называемых слабомагнитными веществами, существуют сильномагнитные вещества – ферромагнетики – вещества, обладающие спонтанной (самопроизвольной) намагниченностью. В них существуют микрообласти “домены”, намагниченные и при отсутствии внешнего магнитного поля. К ферромагнетикам относятся железо (основной представитель), кобальт, никель, гадолиний и многочисленные сплавы. Ферромагнетики обладают способностью сильно намагничиваться даже в слабых магнитных полях и имеют большое значение m, но кроме этого они обладают и другими свойствами, отличающими их от диа- и парамагнетиков.   Таким образом, относительно классификации веществ по магнитным свойствам можно кратко записать:

          а) диамагнетики m<1,  ;

          б) парамагнетики m>1, ;

          в) ферромагнетики m>>1, .

          Ферромагнетики имеют сложную зависимость В = f(Н). Впервые эта зависимость была исследована А.А.Столетовым в 1882 году и представлена на рисунке 1.

                       В

                                 Рис. 1 – Зависимость В =  f(Н)

          Из графика следует, что у ферромагнетиков по мере нарастания напряженности внешнего намагничивающегося поля Н магнитная индукция

сначала нарастает плавно и медленно (область I), затем растет быстро (область II), затем медленнее (область III) и, наконец, медленно растет с увеличением Н по линейному закону (область IY).

          Существенной особенностью ферромагнетиков является не только большое значение m, но и зависимость m от Н. Эти особенности ферромагнетиков связаны с наличием в них микроскопических областей – доменов, самопроизвольно намагниченных до насыщения. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов ориентированы хаотично, поэтому результирующий магнитный момент макроскопического объема получается равным нулю и ферромагнетик не намагничен (рисунок 2).        

                                                                                  

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Постановка задачи

          Задачей работы является исследование зависимости В = f (Н)  и        m = f (Н) для железа и изучить магнитные свойства ферромагнетиков.

Теория измерений

          Для выполнения поставленной задачи используется наиболее распространенный баллистический метод, основанный на явлении электромагнитной индукции.

          Рабочая схема установки представлена на рисунке 3.