3.3. Динамический метод Сексмита.

Если ферромагнитное вещество поместить в неоднородное магнитное поле, то на него будет действовать сила:

, (3.3)

где и — удельные восприимчивости соответственно образца и окружающей среды, m — масса образца.

В том случае, если восприимчивостью среды можно пренебречь, формула (3.3) принимает более простой вид:

, (3.4)

где σ — удельная намагниченность образца.

Таким образом, для определения величины B, необходимо знать градиент массу исследуемого образца m и силу . В этом методе силу измеряют с помощью упругого кольца, выполненного из тонкой фосфористой бронзы. При исследовании ферромагнитных веществ берут кольцо диаметром 50 мм, шириной 3 мм и толщиной 0,1—0,3 мм. Кольцо находится в вертикальном положении. Вверху оно закреплено при помощи специального механизма, имеющего три степени свободы. К нижней части кольца крепится тонкий стержень из молибденового стекла, на конце которого имеется молибденовая чашечка.

Намагничивающее поле создают при помощи мощного электромагнита. Полюсные наконечники электромагнита (рис. 5) имеют диаметр 100 мм. Они срезаны на конус, так что диаметр плоскостей этих наконечников равен 50 мм. С помощью таких полюсных наконечников можно создавать однородное магнитное поле напряженностью в 1,6× при зазоре 22 мм.

Согласно (3.4) сила , действующая на исследуемый образец, пропорциональна градиенту магнитного поля. Для получения градиента используют две медные ленты Л сечением 10—15 . Их ориентируют в горизонтальном положении вдоль лицевых поверхностей наконечников перпендикулярно оси y. По этим лентам, которые соединены между собой последовательно, пропускают постоянный ток в одном направлении. Он создает градиент магнитного поля по оси x, имеющий вид, изображенный на рис. 5. Градиент поля имеет, как видно, плоский максимум в центре (протяженностью несколько миллиметров) и изменяется в этой области в пределах 1 мм меньше чем на 0,0005. Это позволяет применять образцы значительной длины. Вдоль оси у также существует градиент магнитного поля, который увеличивается по мере приближения к лентам, так что и в этом направлении образец находится в неустойчивом состоянии.

Для того чтобы образец не перемещался вдоль оси у, применяют специальное приспособление в виде плоских спиралей, выполненных из тонкой фосфористой бронзы. Иногда используют тонкие ленточки из того же материала длиной 100—150 мм и поперечного сечения 1X0,02 мм2. Концы их следует прикреплять к неподвижной подставке, а середину — к молибденовому стержню подвеса. Это дополнительное устройство практически не уменьшает чувствительности весов, но зато обеспечивает только вертикальное перемещение образца. Если измерение проводят при комнатных температурах, то можно использовать тонкую шелковую нить. Данный метод получения неоднородного магнитного поля отличается от описанных выше тем, что здесь градиент поля создается независимо от намагничивающего поля и поэтому он не меняется с изменением последнего. Держатель образца делается из кварца или молибдена. Кварцевый держатель имеет вид небольшой чашечки, куда помещается исследуемый образец, имеющий форму сферы диаметром 1,5—2,5 мм или эллипсоида вращения того же диаметра и длиной 5 мм. Удобно пользоваться молибденовым металлическим держателем, который представляет собой небольшой стаканчик (диаметром 2—3 мм, длиной 5 мм) с навинчивающейся крышкой. Такой держатель позволяет исследовать ферромагнитные вещества в виде порошков. К держателю образца прикрепляется молибденовый или кварцевый стержень, второй конец которого жестко крепится к нижней части упругого кольца. Для того чтобы на систему не действовала механическая вибрация, монтируется масляный демпфер, к нижней части кольца прикрепляют небольшую пластинку из слюды, которую опускают в цилиндр с маслом. Так как градиент магнитного поля, создаваемый лентами, пропорционален току в них и в сильной степени зависит от его величины, то при исследовании необходимо точно знать значение тока. Величину тока в методе Сексмита измеряют потенциометрическим методом, по падению напряжения на эталонной катушке сопротивления 0,01—0,001 Ом. Градиент магнитного поля, создаваемого лентами, составляет (16÷24)× а/м/мм.

Чтобы при измерениях исключить ошибку, которая появляется из-за неоднородности магнитного поля (обусловленной недостаточной обработкой полюсов и образцов), определяют двойное отклонение, получающееся при изменении направления тока в градиентных лентах. Как показал опыт, двойное отклонение пропорционально силе, действующей на образец, во всем интервале измерений. Такой способ измерения отклонения не требует учитывать нулевого положения системы. Метод Сексмита дает возможность измерять намагниченность насыщения в широком интервале температур, начиная от гелиевых и до высоких, порядка 2000° К.

Исследования в области высоких температур легко осуществить в вакууме или в инертных средах, что значительно повышает точность измерения. Точность измерения зависит также от точности определения силы тока в градиентных лентах. При измерении намагниченности этим методом необходимо учитывать поправку на действие «магнитного изображения».

Так как в этом методе используют образцы небольших размеров, его удобно применять в том случае, когда из исследуемого вещества нельзя изготовить больших образцов (тороиды, стержни, эллипсоиды и т. д.). Установку градуируют при помощи стандартного образца чистого железа или никеля, для которых известна намагниченность насыщения при определенной температуре.

Для большей точности намагниченность градуировочных образцов

рекомендуется измерять другим способом, например баллистическим.

В динамическом методе Поттера исследуемый образец в виде шарика жестко закрепляют в магнитном поле, однородность которого нарушается при намагничивании образца. Если около образца поместить небольшую катушку с током, то на нее будет действовать сила, которую можно измерить при помощи весов. Метод Поттера позволяет исследовать магнитные свойства ферромагнитных веществ под действием различных воздействий.

Для измерения небольших значений намагниченности при низких температурах Аррот и Голдман применили нулевой метод измерения. В их установке на цилиндрический образец надевается катушка. Образец вместе с катушкой помещают в однородное магнитное поле, чтобы нормаль к площади сечения катушки была параллельна полю. Регулируя ток через катушку, добиваются, чтобы индукция была однородной и имела то же значение, как и без образца. Это состояние системы регистрируется по отсутствию сигнала в цепи двух приемных катушек. В обмотках этих катушек, намотанных на одной трубке, токи имеют противоположное направление. Внутри этой трубки передвигается образец с катушкой. С помощью этого метода можно измерять намагниченность от до тл.

Намагниченность насыщения ферромагнитных материалов в интервале температур от 4,2 до 77°К можно измерить по методу, который предложили В. Е. Роде и Р. Германн. Этот метод исключает ошибку, обусловленную изменением сопротивления измерительной катушки при колебаниях температур образца. Для того чтобы измерительная катушка всегда находилась при постоянной температуре, она отделяется от образца тонким металлическим сосудом Дьюара, состоящего из двухстенной металлической трубки, которая внизу открыта, а вверху закрывается клапаном. В верхней части сосуд заполнен активированным углем. Измерительная катушка наматывается на внешнюю стенку сосуда Дьюара. Температура выше гелиевой получается при помощи печи, в которую вставляют исследуемый образец. При включенной печи жидкость, находящаяся во внутренней трубке, испаряется и газ вытесняет из нее остальную жидкость. После выключения печи, кран открывают и жидкость опять заполняет внутреннюю

трубку сосуда Дьюара. Спустя некоторое время образец охлаждается до температуры кипения жидкости, при этом измерительная катушка всегда имеет температуру охлаждающей жидкости. Намагниченность насыщения образца измеряют флюксометром. [1]