3. Описание установок

3.1 Измерение плотности методом гидростатического взвешивания

Метод основан на определении кажущейся потери в весе исследуемого материала при погружении его в жидкость[11]. По закону Архимеда эта потеря в весе равна весу жидкости, вытесненной телом.

В качестве среды при взвешивании используется дистиллированная вода, плотность и температурный коэффициент которой хорошо известны. Определение плотности производится следующим образом.

Исследуемый материал взвешивают на воздухе. После этого образец кипятится три часа в дистиллированной воде и остается в воде на 24 часа при комнатной температуре. Над чашечкой весов на треножник ставится стакан с дистиллированной водой, в который помещается образец, подвешенный на проволоке. При этом образец не должен касаться стенок или дна стакана и не должен быть покрыт пузырьками воздуха. Поверхность взвешенного образца высушивается фильтровальной бумагой, и образец снова взвешивается на воздухе. Проволока взвешивается отдельно от образца. Причем, конец проволоки, находившийся в воде при взвешивании образца, также должен быть в воде.

Определив вес воды, вытесненной телом, можно вычислить объем тела. Плотность феррита определяется по формуле:

d_c=P₁/P₃-(P₂-) ,

где d_c – плотность феррита, г/см³;

P₁ – вес феррита на воздухе, г;

P₃ – вес феррита на воздухе после кипячения, г;

P₂ – вес тела в воде, г;

-вес проволоки без образца феррита, г.

В большинстве случаев требуются ферриты с плотностью, приближающейся к теоретическому значению. Теоретическая или рентгеновская плотность определяется по формуле:

d_p=8M/N_Аa³

где d_p – теоретическая плотность, г/см³;

М– молекулярная масса феррита, г;

N_А– число Авогадро, N_А=6,022094310²³моль^-1;

а – параметр решетки феррита, Å.

3.2. Измерение удельной намагниченности насыщения

На рисунке 4 показано схематическое устройство вибрационного магнитометра и принципиальная схема установки, разработанной на физфаке МГУ.

Исследуемый образец 1 и постоянный магнит 2 укреплены на тонком стержне 3, который соединён с вибрационной системой и может колебаться с определенной частотой, например 79 Гц, перпендикулярно магнитному полю, создаваемому электромагнитом 4. Для усиления и сравнения сигналов, получаемых от образца и постоянного магнита, имеется радиотехническая схема.

Исследуемый образец 1 и постоянный магнит 2 укреплены на тонком стержне 3, который соединён с вибрационной системой и может колебаться с определенной частотой, например 79 Гц, перпендикулярно магнитному полю, создаваемому электромагнитом 4. Для усиления и сравнения сигналов, получаемых от образца и постоянного магнита, имеется радиотехническая схема.

При колебании постоянного магнита и образца, находящегося в магнитном поле электромагнита, в измерительных катушках 5 возбуждаются э.д.с. Измерительные катушки 5 ориентируются своими осями параллельно направлению колебания и соединяются последовательно.

Рисунок 4 – Схематическое устройство вибрационного магнитометра

Чтобы наводимая в катушках 5 э.д.с. не была чувствительна к изменению положения образца, проводят следующую операцию. Вначале образец располагают приблизительно между катушками 5 и намагничивают постоянным полем до насыщения. После этого, вращая катушки около оси z , добиваются получения максимального значения э.д.с на выходе, а перемещением катушек в направлении оси x – магнитного сигнала. В таком состоянии магнитометр оказывается нечувствительным к небольшим изменениям положения образца. Таким же образом устанавливают по отношению к постоянному магниту 2 катушки 6.

Напряжение, пропорциональное магнитному моменту образца, поступает с измерительных катушек 5 на вход усилителя 8, который предназначен для усиления небольших сигналов. Он имеет большой коэффициент усиления и малые собственные шумы. С усилителя сигнал подается на сумматор 10, на который также поступает сигнал от катушек 6. В этих катушках возникает напряжение, пропорциональное магнитному моменту постоянного магнита, которое затем усиливается усилителем 7 и поступает на фазовращатель 9 для рассогласования его по фазе относительно сигнала, полученного от образца и постоянного магнита, через который сигнал с повторителя 11 поступает на индикаторное устройство 12 (осциллограф или ламповый вольтметр).

Вибрационная система, укрепленная на диске 15, состоит из динамика 16, к которому прикрепляют пластмассовый диск 17, соединенный со стержнем 3. Динамик питается от генератора звуковой частоты 13. На диске 15 помещен второй вращающийся диск 18, при помощи которого катушки 6 могут перемещаться по диаметру диска 15.

Для проведения измерений при различных температурах исследуемый образец помещают в нагревательную печь. Предварительно проводится градуировка магнитометра по образцам с известными магнитными свойствами.

1– исследуемый образец; 2– постоянный магнит; 3– стержень; 4– электромагнит;

5 и 6 – измерительные катушки; 7 и 8 – усилители ; 9 – фазовращатель;

10– сумматор; 11– катодный повторитель; 12– индикатор; 13– генератор звуковой чистоты; 14– блок питания; 15– латунный диск; 16– динамик; 17 – пластмассовый диск;

18 – вращающийся диск; 19– винты; 20 и 21 – нагревательные спирали; 22 – стеклянный канал; 23 – дьюарс с жидким гелием; 24 – дьюарс жидким азотом.