Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Поэтому можно написать Н, = — Ж1. (3.15) Формула (3.15) строго справедлива лишь в случае, когда тело имеет форму эллипсоида вращения. Тогда размагничивающее поле Н- однородно по всему его объему, а величина Дг, называемая размагничивающим фактором, зависит только от отношения осей эллипсоида. Для тел, форма которых отличается от эллипсоида вращения, размагничивающее поле Н, неоднородно и нелинейно зависит от величины намагниченности; поэтому для них, строго говоря, нельзя пользоваться формулой (3.15). Несмотря на это, на практике ее можно с достаточной точностью применять для расчета поля в центральной части цилиндрического образца.
При этом, однако, необходимо помнить, что величина йг для цилиндра зависит не только от формы, но и от магнитной восприимчивости и образца. шои восприимчивостью основнои трудностью является определение истинной величины поля, действующего на тело. Эта трудность вызвана тем, что при большов Рис. 34 Схема возникнонамагниченности и ограниченных размерах тела на него, кроме поля, созданного внешним источником, оказывает влияние поле, созданное поверхностными магнитными зарядами на границе тела (рис.
3.4). Обозначим через Не поле, созданное внешними источниками, а через Н, — созданное поверхностными магнитными зарядами на границе тела. Действующее на тело суммарное поле равно 46 Рл. 3. Энсн. методы исследования магнитной воснриимнивости В табл. 3.1 приведены значения размагничивающего фактора для вытянутых эллипсоидов и цилиндров, Таблица 3 Влияние размагничивающего поля при исследовании свойств ферромагнитных материалов с большой восприимчивостью весьма велико. В самом деле, Н = 11, — Лг1 = Н, — ЛггсН, (3.16) откуда (3.
17) Для железа м са 1000; таким образом, даже для й = 100 величина мйг = 5 и истинное поле, действующее на ферромагнетик, в шесть раз отличается от внешнего. Методы исследования свойств тел, обладающих болыпой восприимчивостью, а также способы исключения влияния их формы будут рассмотрены в з 3.4. В 3.3. Методы измерения восприимчивости слабомвгнитных тел Как уже говорилось, большинство методов исследования свойств слабомагнитных тел основано на измерении сил, действующих на них в неоднородном поле. Энергия тела в магнитном поле равна ы Г = — ~ Н с)М = — сзЪ'~ Н И = — Ь)г ~ Нм с)Н = — — мНвЬ)', (3.18) 2 о 33 Методы измерения еоснриимчиеости слабомаенитных тел 47 откуда О(1 ! О я ОН (, = — — = — ЬЪ'зс — (НЯ) = М'зсН вЂ”,.
(3.19) Ох 2 Ох Ох Метод, непосредственно основанный на использовании формулы (3.19), был предложен Фарадеем, а затем широко применялся Кюри и рядом других исследователей. Его преимуществом является небольшое количество необходимого для измерения вещества, а недостатком — необходимость У измерения не только величины поля, но и производной от нее по координате. На рис. 3.5 схематически по- хе х казана зависимость величин Н, ОН7'дх и НОН(Ох от координаты для одной из используемых форм 5' полюсов. Как видно из рисунка, величина произведения НдН(дх имеет довольно резкий максимум в точке х = хо, поэтому наибо- лее выгодным для измерении является помещение тела в эту точку.
Для того чтобы погрешности от неточности определения местоположения тела были наименьши- ми, желательно иметь широкии максимум произведения НОН(Ох. Он достигается специальным выбором формы полюсов. Однако затруднения в точном определении производной ОН)Ох столь велики, что обычно рассматриваемый метод употребляется как относительный. Сравниваются величины сил, действующих на тела с из- Рис.
3.5. Метод Фарадея. Распреде- ление поля вестной и искомой восприимчивостью, а из их отношения вычисляется неизвестная восприимчивость. Различные модификации метода Фарадея преимущественно отличаются способом измерения снл, действующих на тело. Для измерения силы применяются обычные микроаналитические весы, крутильные весы и различные модификации пружинных весов. Остроумный способ исключения погрешностей, связанных с неточным помещением тела в точку хо, был использован Кюри и 1Пенево. Они перемещали магнит относительно образца, подвешенного на крутильных весах, и определяли максимальное отклонение весов, т.е. 48 Гл. 8.
Зксп. методы исследования магнитной восприимчивости максимальную силу, действующую на образец (рис. З.б). Очевидно, что максимальное значение силы получится в момент, когда образеп будет проходить точку максимума произведения НдН)0ю. Рнс. 3.6. Метод Кюри — Шенево Рис 3 7. Метод Гун Гун разработал метод, в котором применяются образцы значительных размеров, так что уже нельзя, как в методе Фарадея, считать поле на протяжении образца неизменным.
Суммарная сила, действующая на образец, в этом случае определяется интегралом из формулы (3.19) по объему образца. Схема одного из вариантов метода Гуи показана на рис. 3.7. Образец занимает нижнюю часть пробирки, помещенной между полюсами электромагнита. Пробирка расположена симметрично относительно полюсов; при достаточно точном ее изготовлении действующая на нее суммарная сила равна нулю. Верхний конец образца находится между полюсами в области однородного поля. Направим ось л вдоль оси образца, Обозначим координаты верхнего и нижнего концов образца через л~ и лш значения поля в этих точках через Н| и На, а плошадь поперечного сечения образца — через Я. В результате интегрирования (3.!9) получаем Тг, = мН-,— Л' = 1 ясН вЂ”, Яй: =; мЯ(Н~ — Н~~).
(3.20) дт ) дт. 2 Таким образом, нам нужно знать значения поля только в двух точках, а если образец имеет достаточную длину и в (3.20) можно пренебречь Н~э, то даже в одной точке. В качестве измерителя силы в методе Гуи обычно используются микровесы. Этот метод обладает хорошей чувствительностью. Результаты измерений слабо реагируют на небольшие смещения образца. Точность измерений в основном определяется правильностью его формы. Недостатком данного метода 3.4. Методы исследования тел с большой восприимчивостью 49 являются сравнительно большие размеры образцов. При обработке результатов измерений необходимо иметь в виду, что если они производятся не в вакууме, то в формулы (3.19) н (3.20) следует вместо ес подставить ес — мп где ес~ — магнитная восприимчивость среды, в которой производятся измерения (например, воздуха).
Существенным фактором, искажающим результаты измерений, может оказаться наличие даже небольшого количества ферромагнитных примесей. Доказательством их отсутствия является независимость измеренного значения восприимчивости от величины поля. Г1ри небольшом изменении измеренных значений можно исключить влияние примесей, экстраполируя результаты измерений к бесконечно большому полю. ф 3.4. Методы исследования тел с большой восприимчивостью При исследовании свойств тел с большой восприимчивостью наибольшее распространение получил так называемый баллистический метод.
В этом методе для измерения используется явление электромагнитной индукции. На образец надевается катушка, соединенная с гальванометром. При изменении намагниченности образца изменяется поток Ф, пронизывающий катушку, н в ней возникает ЭДС электромагнитной индукции Е. Если время, в течение которого изменяется намагниченность, мало по сравнению с периодом гальванометра, то отброс последнего будет пропорционален Ес(1 =- й~ —, с)1 =- ь:(Фз — Ф~). (3.21) Таким образом, отброс гальванометра пропорционален изменению потока магнитной индукции в образце. Баллистический метод можно применять и для исследования слабомагнитных тел с восприимчивостью вплоть до и = 10 4.
При столь малых значениях ес точность измерений определяется чувствительностью гальванометра. При исследовании ферромагнитных тел главной трудностью является, влияние размагничивающего поля (см. 9 3.2). Наиболее совершенные результаты получаются при использовании образцов в виде тороидов (или колец). В этом случае размагничивающее поле равно нулю. Рассматриваемый метод был теоретически обоснован и применен для измерений кривой намагничивания А.Г. Столетовым в 1872 г. Типичная схема баллистических измерений на кольцевых образцах показана на рис.
3.8. На кольцо наматываются две обмотки. Образец намагничивается полем, создаваемым первичной обмоткой Р, витки которой равномерно распределены по его длине. Ключи 50 Рл. 3. Эксн. методы исследования магнитной еоснриимеивости Рис. 3.8. Схема баллистической уста новкн и реостаты в схеме питания позей валяют устанавливать нужное значение тока и скачком изменять его на заданную величи,у ну. Вторичная обмотка о обычно состоит из большого количества плотно уложенных на образце витков тонкой проволоки. Она соединена с гальванометром и градуировочной катушкой, надетой на центральную часть так называемого нормального соленоида. Последний представляет собой достаточно длинную однослойную катушку, поле в которой можно с хорошей точностью вычислять по формуле 13.1).
Изменяя ток в «нормальном соленоиде», мы можем определить постоянную в формуле (3.21). Для массовых испытаний кольцевая форма образца неудобна. Поэтому используются прямые образцы, а для уменьшения влияния размагничивающего поля их концы замыкают ярмом из мягкого железа; такое устройство носит название пермеаметра. Принципиальная схема пермеаметра показана на рис. 3.9. Концы образца О замкнуты ярмом Я.
Магнитное поле создается обмоткой ши Индукция в образце измеряется баллистическим методом с помощью обмотки иге(В). В такой маг- Я нитной цепи нельзя вычислить поле, намагничивающее образец, и м,18) его приходится определять экспе- О риментально. Определение поля ос- П П новано на условии непрерывности его тангенциальной составляющей. еч)П) Согласно этому условию поле вбли- зи поверхности образца в воздУхе ряс 39 Схема пе меамет а равно полю внутри образца; расположив тонкую катушку ига(о) вблизи поверхности образца, можно баллистическим методом измерить величину поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
