Лабораторная работа №4
«Измерение магнитной восприимчивости образцов горных пород»
Цель работы. Освоение метода измерения магнитной восприимчивости и методики работы с прибором «ПИМВ».
Краткая теория.
Отношение
магнитной восприимчивости
к плотности горных пород
называется удельной магнитной
восприимчивостью
,
т.е.
(1)
Намагниченность
горных пород
обусловлена суммой элементарных
магнитных моментов
ее электронов, атомов и доменов.
Движение
каждого электрона по орбите можно
рассматривать как кольцевые элементарные
токи, которые создают
,
ориентированные перпендикулярно к
плоскости кольцевого тока. Произведение
величины тока
на площадь кольца
называется магнитным
моментом
электрона.
Он постоянен и равен 9,28·10-24 Дж/т.
Если
все
компенсируют друг друга, то при
атом не намагничен,
.
Горные породы, состоящие из таких атомов,
называются диамагнитными.
Если
внести в магнитное поле с напряженностью
любое вещество, то под действием данного
поля электронные орбиты атомов этого
вещества сместятся; у пара- и ферромагнетиков
электронные орбиты атомов вытянутся в
направлении вектора
,
а у диамагнетиков – в противоположную
сторону, т.е. вещество намагнитится,
.
При снятии магнитного поля пара- и ферромагнетики становятся намагниченными в направлении внешнего поля .
В
зависимости от степени намагниченности
горные породы подразделяются на
диамагнетики,
у
которых
ед.
СИ
(апатит, плагиоклаз, вода, уголь, галит,
кальцит, кварц), парамагнетики
с
ед.
СИ
(воздух, доломит, пироксен, хромит) и
ферромагнетики
ед.
СИ (γ-гематит, лимонит, магнетит, пирротин).
Сильная намагниченность ферромагнетиков объясняется наличием у них доменов – объемных образований с большими собственными магнитными моментами.
Внутреннее
магнитное поле в веществе накладывается
на внешнее
(намагничивающее поле) и напряженность
суммарного поля(внешнего и внутреннего)
называется магнитной
индукцией
.
(2)
где
- намагниченность вещества, является
функцией от
;
-
магнитная проницаемость вакуума
Гн/м.
Для
парамагнетиков существует линейная
зависимость намагниченности от
в широком диапазоне
,
т.е.
(3)
а для магнитной проницаемости существует зависимость
(4)
Устройство пимв и работа прибора
При исследовании магнитных свойств широкое распространение получил индукционный метод измерения магнитной восприимчивости горных пород в переменном магнитном поле (рис. 1).
Метод
основан на том, что при внесении магнитной
среды или образца в рабочую область
датчика изменяется поток магнитной
индукции в одном из плеч мостовой схемы
датчика. Появляется ток разбаланса
дифференциальной схемы, который
пропорционален кажущейся магнитной
восприимчивости
образца.
(5)
Коэффициент
размагничивания
зависит от типа и параметров датчика,
формы и размеров исследуемого образца.
Достоинства
индукционного метода состоят в том, что
он позволяет измерять
горных пород непосредственно в полевых
условиях, остаточная намагниченность
не оказывает влияния на результат
измерения. Индукционные средства
измерений характеризуются высокой
чувствительностью, воспроизводимостью
и производительностью измерений.
В лабораторной работе мы будем знакомиться с методикой измерений с помощью полевого измерителя магнитной восприимчивости – ПИМВ. ПИМВ имеет датчик накладного типа и предназначен для измерений горных пород как по образцам, так и в естественном залегании на обнажениях; ПИМВ используется также при проведении геологического картирования. На рис. 1 показана принципиальная схема датчика прибора.
Градуировка прибора выполняется с помощью стандартного образца магнитной восприимчивости СОМВ.
Рис. 1. Принципиальная схема датчика прибора ПИМВ. 1 – сердечник, 2 – катушки возбуждения, 3 – измерительная катушка |