- •Работа №1 Измерение импульсного магнитного поля
- •Работа №2 Измерение магнитных и диэлектрических свойств рудного материала
- •Устройство и принцип работы прибора
- •Порядок работы
- •Обработка данных
- •Определение положения магнитного тела в грунте
- •Работа № 4 Кинетика процесса электролиза воды
- •Работа № 5 Электропотенциал углей
- •Работа № 6
- •Работа №7 Протонный магнитометр
- •Работа № 8 Эффект Степанова
- •Работа № 10 Эффект Томсона
- •Работа № 11 Магнитокинетический эффект
Работа № 8 Эффект Степанова
Цель работы.
Изучить эффект Степанова для различных пород, определить их параметры.
Общие сведения.
При разрушении кусков породы происходит образование и рост трещин. Трещина разделяет заряды, имевшиеся и освобожденные так, что в одном куске остается больше зарядов одного знака, а в другом – больше зарядов противоположного знака, следовательно, куски-осколки, образованные в результате разрушения первого куска, заряжаются; на противоположных поверхностях осколков концентрируются заряды и возникает разность потенциалов. Плотность зарядов на образовавшейся поверхности (Кл/м2)
(1)
где. q - заряд на поверхности кусков порода; ε – относительная диэлектрическая проницаемость породы или материала, разделяющего заряды; ε0 - электрическая постоянная (e0 = 8.85 10-12 Ф/м); d – расстояние между точками измерения, м.
Соответствующая плотность «избыточных» (или «недостаточных») электронов (шт/м2):
(2)
где е – заряд электрона (e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл.).
Избыточные заряды быстро нейтрализуются вследствие ненулевой электропроводности породы и наличия в воздухе аэроионов противоположного знака. Поэтому необходимо построить экспериментальную кривую n = f(τ), аппроксимировать ее аналитической зависимостью и найти значение n при τ = 0. Аппроксимацию можно сделать в среде любой статистической программы, например, CurvExpert.
Методика выполнения работы.
Исходные куски порода могут иметь размер 2-3 см.
Разрушение кусков производят на массивной опоре. Для определения размера осколка применяют линейку.
Исходный кусок породы размером 5- 10 см на опору и ударом разрушают его так, чтобы образовалось 2-3 осколка (рис.1).
Измеряют разность потенциалов, прикладывая электроды к противоположным поверхностям осколков или прикладывая два соседних осколка к электроизолирующей пластине с укрепленным на ней электродами. После измерения разности потенциалов U , измеряют размер осколков d. . Результаты измерений заносят в таблицу 1. Для получения зависимости U (d) . разрушение кусков производят несколько раз.
Измерение разности потенциалов производит милливольтметром, имеющим пределы измерения от I до 1000 мВ.
Измерение разности потенциалов производит милливольтметром, имеющим пределы измерения от I до 1000 мВ.
Табл.1
τ, с |
Разность потенциалов U, В |
Размер осколка d, м |
n(Кл|м2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Строят зависимость n = f(τ), аппроксимируют ее аналитической функцией и определяю начальную разность потенциалов и соответствующую плотность зарядов.
По результатам измерений строят также зависимость U (d).
Контрольные вопросы
Можно ли разбивать породу металлическим молотком и измерять их величину металлическим штангенциркулем?
Какие типы пород при разрушении образуют наибольшае некомпенсированные заряды?
Предложите практическое применение эффекта Степанова.
Работа № 9 Термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) минералов
Цель работы.
Для многих пар минералов величина термоЭДС неизвестна. В дачной работе измеряется величина термоЭДС для различных пар минералов как функция температуры.
Общие сведения.
Явление термоЭДС относится к контактным явлениям и широко применяется на практике для измерения температуры.
Включение двух контактирующих минералов в электрическую цепь не дает в цепи тока, поскольку контактная разность потенциалов взаимно компенсируется. Если изменить температуру одного из минералов, то энергия носителей зарядов (электронов и ионов) становится различной, поэтому более энергичные носители заряда переходят в минерал с менее энергичными носителями. В результате перехода зарядов возникает разность потенциалов - термоэлектродвижущая сила (ЭДС). (Понятно, что ТЭДС зависит от температуры минералов, тем более, что при увеличении температуры число свободных зарядов увеличивается экспоненциально.
Величина термоЭДС для минералов о определяется формулой
(1)
(2)
где α- коэффициент. ТЭДС,
Методика работы.
Образцы минералов (рис.1) должны быть в форме удлиненных параллелепипедов 10x10x30 мм. Образцы зажимают между двумя изолирован- ными электродами. Измерительный прибор – милливольтметр - подключают к упомянутым электродам. Для регулирования нагревания образца применяют лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), позволяющий изменять напряжение на нагревательной спирали. Температуру нагреваемого образца измеряют термопарой и милливольтметром.
Устанавливают образцы между электродами и плотно прижимают один к другому струбциной. На образцы укрепляют термопары, соединенные последовательно или используют электронные измерители температуры (рис.2). Концы термопар подключают к милливольтметру. При таком соединении термопар, милливольтметр показывает разность температур образцов, т.е. ΔТ.
Нагревательную спираль подключают к автотрансформатору. Автотрансформатор подключают к сети и подают напряжение на спираль - 50 Вольт.
Записывают значение температуры ΔТ как разницу температур в отмеченных точках и соответствующее значение термоЭДС.
Обработка результатов измерений.
Результаты измерений заносят в таблицу.
Название пары минералов |
U,В |
Т3, К |
Т4, К |
Т5, К |
ΔТ, К |
α В/К, |
|
|
|
|
|
|
|
Вычисляют значение коэффициента ТЭДС α. По результатам измерений строят графики зависимости α (ΔТ) и U (ΔТ)
Техника безопасности.
Вся подготовка эксперимента проводится без подключения ЛАТРа к сети. Включает ЛАТР в сеть и устанавливает рабочее напряжение на спирали преподаватель.
Во время работы ЛАТРа прикасаться к экспериментальной установке запрещается.
Экспериментальная установка должна быть заземлена.
Рис.2. Цифровые лабораторные термометры и инфракрасный лазерный пирометр.
Контрольные вопросы
Как можно использовать явление ТЭДС минералов?
Какие пары минералов могут дать наибольшую ТЭДС?
Объясните физическую сущность явления ТЭДС.