2.3. Подготовка к работе

Ознакомиться с органами управления источником питания УИП -1.

Внимание! уип–1 подает на электромагнит напряжение до 600в. Будьте внимательны!

Не допускается какие-либо переключения в цепи или органов управления источника кроме тех, что описаны в работе. УИП – подключен к обмоткам электромагнита через миллиамперметр (рис. 8). Не допускается переключение пределов на приборе при включенном источнике питания.

Перед началом работы включить измеритель поля Ш1-8 и проверить установку нуля прибора. Подготовить прибор к работе, согласно инструкции лаб. раб. №1.

О знакомиться с устройством лабораторного электромагнита и механизмом раздвижки полюсов электромагнита. Обратить внимание, что один оборот колеса соответствует раздвижке полюсов на 0.5 см. Сдвинуть полюса до их касания. Затем повернуть на колесо на два оборота, установив зазор 1 см.

Рис. 8. Общая схема установки

Задание 1

Изучение зависимости поля электромагнита от тока

1. Как предложено выше установить зазор электромагнита шириной 1 см.

2. Поместить датчик Холла в центр зазора. Примечание. Положение центра отмечено кружком на конце щупа. Устройство для перемещения датчика должно быть в крайнем положении, чтобы в дальнейшем можно было выдвигать датчик из зазора.

3. Выставив ручку регулировки напряжения (7) в крайнее левое положение и переключатель (6) в положение "20 – 150" включить УИП-1. Дать прогреться 1-2 минуты.

4. Изменяя напряжение ручкой (7) на 20-50 В снять зависимость магнитного поля от тока магнита во всем диапазоне.

5. Вернуть ручку (7) в крайнее левое положение.

6. Установить переключателем (6) на следующий передел.

7. Повторить п. 4.

8. Сняв зависимость во всем диапазоне напряжений отключить УИП-1.

9. Провести измерение остаточного поля магнита.

10. На основании полученных данных построить график зависимости магнитного поля от тока. Сравнить с зависимостью приведенной на рис. 4.

Задание 2

Снять радиальную зависимость поля в зазоре 1 см

1. Включить УИП-1 и установить максимальный ток.

2. Снять радиальную зависимость поля при перемещении датчика от цента к краю зазора. Значения поля снимать через 0.5 см.

3. Выключить ток.

Задание 3

Снять зависимость поля от величины зазора.

1. Установить зазор 1.5 см. Включить УИП-1 и установить максимальный ток. Измерить поле в центре.

2. Выключить ток.

3. Увеличивая зазор с шагом 0.5 см повторить предыдущий пункт пока есть возможность раздвигать полюсные наконечники.

4. Выключить УИП-1.

5. На основании полученных результатов построить график зависимости поля от ширины зазора. Сделать выводы о соответствии эксперимента и теории.

Задание 4

Снять радиальную зависимость поля в зазоре 4 см

1. Установит зазор 4 см.

2. Включить УИП-1 и установить максимальный ток.

3. Снять радиальную зависимость поля при перемещении датчика от центра к краю зазора. Значения поля снимать через 0.5 см.

4. Выключить ток.

Задание 5

На основании полученных результатов выполнить расчеты

1. Используя результаты полученные в задании 2 и 4 и определение (2.1), найти область однородного поля, где поле отличается от поля в центре на 10%. Сделать выводы о связи области однородного поля с величиной зазора.

2. Из экспериментальных данных полученных в задании 1 и выражения (2.2) рассчитать магнитную проницаемость железа магнита при пяти разных значениях тока. Построить график зависимости магнитной проницаемости от тока.

3. Зная μ_жел из выражения Н_жл = В/₀_жел вычислить Н_жл и построить график намагничения железа магнита. На одном графике построить экспериментальную зависимость и график приведенный на рис. 4.

Примечание. Число витков магнита указано на магните, геометрические размеры измерить самостоятельно.

Для построения графика в Origin удобно использовать кривую намагничения чистого железа в виде таблицы. Данные можно просто скопировать с электронной версии и вставить в таблицу Origin и построить график.

H B

kA/m T

0 0

0,01 0,01

0,04 0,15

0,045 0,29

0,05 0,54

0,058 0,75

0,08 0,9

0,1 1

0,13 1,1

0,17 1,16

0,22 1,22

0,26 1,26

0,3 1,3

0,34 1,33

0,38 1,35

0,42 1,36

0,46 1,4

0,5 1,41

0,54 1,42

0,58 1,43

0,62 1,44

0,66 1,45

0,7 1,46

0,74 1,47

0,78 1,47

4. Измерение магнитного поля методом ЯМР

Измерение индукции постоянного магнитного поля с по­мощью ЯМР в настоящее время является одним из самых прецизионных методов. Известно, что методы радиочастотной спектроскопии основаны на резонансном поглощении веществом высокочастотного электро­магнитного излучения. Резонансная частота поглощения зави­сит от величины индукции внешнего магнитного поля В:

ω = γВ, (1.16)

где ω — резонансная частота, γ — гиромагнитное отношение ядра атома (отношение результирующего магнитного момента ядра к его результирующему механическому моменту).

Из (1.16) следует, что при известных ω и γ можно определить магнитное поле В. Методы, радиочастотной спектроскопии ядер позволяют весьма точно определить гиромагнитное отноше­ние для ядер вследствие исключительно малой ширины резонанс­ных линий. Точность метода ЯМР при измерении магнитного поля как раз и объясняется тем, что величина индукции магнитного поля преобразуется в частоту и фактически измерение магнитного поля сводится к измерению частоты сигналя ЯМР. Конечно существует ряд ограничений, которые снижают точность измерения магнитного поля. Тем не менее, для однородных магнитных полей величину поля методом ЯМР можно измерить с точностью не хуже чем 10^-6 – 10^-8, в зависимости от величины поля и конкретного ядра. Например, для протона гиромагнитное отношение измерено с точностью

γ_p == 2,6751987(75)·10⁸ рад·/(с·T).

Для практического применения удобнее пользоваться значением γ_p == 4.2577 кГц/Т^-4.

Тогда выражение (1.16) запишется

f (мГц) = 42.577·В (Т) (1.17)

Следовательно, для расчета напряженности магнитного поля доста­точно измерить частоту ЯМР, при этом точность измерения величи­ны поля будет в основном определяться точностью измерения резо­нансной частоты.