Магнитные свойства вещества

Стукен В.А. 1

1Бюджетное общеобразовательное учреждение г. Омска «Гимназия №19»

Стенькин Ю.А. 1

1Лаборатория физики наноматериалов и гетероструктур ОНЦ СО РАН

Работа в формате PDF

483.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьника Свидетельство руководителя

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Магнитное взаимодействие тел – это одно из четырёх фундаментальных взаимодействий тел, которые руководят всеми процессами в нашей вселенной. Это явление широко применяется в нашей жизни – компас, магниты на холодильнике, магнитные доски, - все это и многое другое основано на принципе магнитного взаимодействия тел.

Цель:

Разработка простого метода определения концентрации магнитных составляющих компонентов в минералах и горных породах.

Задачи:

Поисковая работа по методам оценки минералогического состава материалов на присутствие ферромагнитных компонентов.

Отработка выбранного метода, нахождение оптимальных режимов определения магнитной составляющей.

Сделать вывод на основе изученной информации и результата проведенного эксперимента

Теоретическая часть

Природа магнитного поля

Магнитное поле - силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды, а также на тела, обладающие магнитным моментом. Источниками магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные частицы. Природа этих источников едина - магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у элементарных частиц собственного магнитного момента. Магнитный момент - основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитным моментом обладают элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механического момента — спина.

Способность намагничиваться (ферромагнетизм)

В некоторых металлах, сплавах, и соединениях намагниченность существует и без внешнего магнитного поля. Такое явление известно, например, для железа, откуда и название – ферромагнетизм. Ферромагнетизм – одно из магнитных состояний кристаллических веществ, характеризуемое параллельной ориентацией магнитных моментов атомных носителей магнетизма в отсутствии магнитного поля при температуре ниже температуры Кюри (см. рисунок). Магнитное насыщение - состояние вещества, при котором его намагниченность М достигает насыщения (предельного значения) не изменяющегося при дальнейшем возрастании напряжённости намагничивающего поля Н. Таким образом,такие вещества способны намагничиваться. Они называются ферромагнетиками.

Практическая часть

Для определения наличия в исследуемых образцах магнитной породы использовался качер Бровина(рис.1). Качер Бровина – это своеобразный колебательный контур, в котором есть катушка. При внесении в катушку образца породы меняется резонансная частота контура за счёт изменения индуктивности. В свою очередь, индуктивность зависит от магнитной проницаемости образца. Таким образом, частота колебаний контура зависит от магнитной проницаемости, величину которой нам и необходимо качественно показать.

Рисунок 1

В качестве исследуемых образцов использовались различные породы, песок, металлы с известной магнитной проницаемостью. Соответственно, чем больше магнитная проницаемость вещества, тем меньше должна быть частота колебаний.

В начале эксперимента была замерена частота колебаний для пустой колбы, как начальное значение. Далее в колбу помещались образцы материалов, начиная с объёма в 1 деление и заканчивая 8 делениями. То есть, мы сравнивали частоту для соответственно равных объёмов образцов, что позволяло сравнивать и магнитную проницаемость материалов.

Результаты

Результаты эксперимента для объёмов в 8 делений приведены в таблице:

Образец	Частота при объеме 8 см³, Гц
Пустая пробирка	1592,74
Песок с Палевского озера (Алтай)	1579,45
Магнитный песок (р.Кия)	1576,44
Песок с реки Бирюса	1575,17
Песок речной	1565,52
Неодим (порошок)	1549,37
Железный порошок	1498,45

Из результатов эксперимента видно, что частота колебаний при помещении в катушку железного порошка самая маленькая, что говорит о самом большом значении магнитной проницаемости. Взяв табличные значения магнитной проницаемости воздуха, железа и неодима и сравнив их, пришли к выводу, что они подтверждают значения, полученные в ходе эксперимента. Железо имеет самую большую магнитную проницаемость, а неодим – самую маленькую.

Образец	Магнитная проницаемость, Гн/м
Воздух	1.25663753*10⁻⁶
Железо	6.3*10⁻³
Неодим	1.32*10⁻⁶

Также по результатам эксперимента были построены графики зависимости частоты колебаний от объёма образца для железного порошка (рис. 3), магнитного песка (рис. 4) и речного песка (рис. 5)

По графику видно, что чем больше объём исследуемого образца, тем меньше частота колебаний.

Выводы

Таким образом, качер Бровина можно использовать в качестве индикатора на присутствие магнитной составляющей в горных породах. Показания частоты колебаний при внесении в катушку вещества косвенно показывают величину магнитной составляющей вещества, а конкретно – магнитной проницаемости.

Чем больше магнитная составляющая, тем меньше резонансная частота колебательного контура, соответственно, тем больше железа содержит данная горная порода.

Данный метод определения магнитной составляющей можно использовать в таких областях, как геология, электроника и многих других.

Список литературы и источников информации

Физические величины. Справочник. Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братковсий А. М. Издательство: Энергоатомиздат.

Классификация магнитных материалов по магнитным свойствам.