Лабораторная работа №2 Определение магнитных свойств полезных ископаемых

Для регулировки магнитных сепараторов необходимо знать величину магнитных свойств отдельных фракций проб полезных ископаемых. Магнитные свойства характеризуются магнитной восприимчивостью, коэрцитивной силой и остаточной индукцией.

Теоретические основы. Если образец, имеющий одинаковое сечение по всей длине, поместить в магнитное поле так, что один его конец будет находиться в области большей напряженности магнитного поля, а другой в области меньшей, то на него будет действовать сила, направленная по его длине:

, (1)

где , - объемные магнитные восприимчивости образца и окружающей среды, без размер.;

H1, H2 – максимальная и минимальная напряженность магнитного поля, Э

S – площадь поперечного сечения образца, см²

При достаточно большой длине образца и при Н₂=0 и выражение (I) упрощается:

(2)

Так как

, (3)

имеем

(4)

где g – ускорение силы тяжести: 9,81 см/с²;

- кажущееся увеличение массы образца в магнитном поле.

Так как , а ,

то: , (5)

где - удельная магнитная восприимчивость, см³/г;

Р – масса образца, г;

l – длина образца, см.

В формулу (4) из (5) подставим выражение для объемной магнитной восприимчивости и, решая относительно , получим формулу для определения удельной магнитной восприимчивости :

, см³/г (6)

Задача эксперимента сводится к определению . Метод Гуи позволяет определить не только удельную магнитную восприимчивость, но и удельную намагниченность:

подставляя выражение для (1) из (6) будем иметь

(7)

Изменяя в этой формуле Н при постоянстве значений других параметров, мы можем получить кривую первичного намагничивания и кривую гистерезисного цикла в координатах J-H или учтя, что в координатах B-H.

Здесь Н_е – напряженность внешнего поля (равна 0 при отсчете i=0). Точки кривой первичной намагниченности (см. рис. 1) ОАВ получаются по формуле (7) при изменении магнитного поля от 0 до Н_мах.

Затем поле уменьшается от Н_мах до 0 по этой же формуле определяются точки J_r и H_c. Кривая с точки В пойдет выше кривой ОАВ, т.к. уровень поля остаточной намагниченности образца выше уровня не основного намагничивающего поля. Отрезки (значении) J_р и H_c покажут величину соответственно остаточной намагниченности и коэрцитивной силы.

Явление отставания намагниченности образца или магнитной индукции в образце при изменении напряженности внешнего магнитного поля называется гистерезисом.

Когда Н_е=0, выражение (7) теряет смысл, однако индукция в образце имеет определенное значение, зависящее от его магнитных свойств и формы.

Эта индукция носит название остаточной индукции и обозначается через B₂, а намагниченность –J₂ при Н_е=0.

Формулы (6) и (7) справедливы для всех значений Н, исключая Н=0.

При переходе через 0 основное поле меняет свое направление и если Н_обр=Н_с то J=0 и B=0.

При этом величина поля Н будет соответствовать коэрцитивной силе и обозначается через Н_с.

Точки гистерезисной кривой J=f(H), а также вся нижняя часть петли получается аналогично. При отсутствии гауссметра напряженность поля определяется по амперметру (рис. 2).

Приборы и материалы, необходимые для проведения работы:

Принципиальная схема установки изображена на рис. 1.

Здесь 1 – аналитические весы (лучше всего АДБ-200);

2 – тонкостенная стеклянная трубка ( 3,5 .. 10 мм, l=350 мм);

3 – многослойная соленоидная катушка;

4 – амперметр постоянного тока;

5 – реостат;

6 – переключатель;

7 – источник постоянного тока, соответствующий потребляемой мощности катушка 3.

Напряженность поля в центре катушки 3 проверяется с помощью прибора ИМИ-3 с зондом, предназначенным для измерения полей внутри соленоида.

Методика работы:

Перед началом эксперимента определяется вес пустой трубки Р₁. Образец, размельченный до аналитического порошка, небольшими порциями засыпается и утрамбовывается в трубке до метки равной 350 мм. Через трубку с образцом, чтобы её конец был близок к середине катушки, и она не задевала её стенок, включают электрический ток в катушку взвешивают трубку с образцом в магнитном поле – Р₃.

Примечание: при определении удельной магнитной восприимчивости взвешевание трубки с образцом в магнитном поле производится при одной и той же напряженности магнитного поля в центре соленоида (например, для сильномагнитных руд при 1000Э, а для слабомагнитных руд – при максимально возможной).

Для построения “петли” гистерезиса напряженность магнитного поля в центре соленоида каждый раз меняется через равные промежутки, начиная с минимальной и кончая максимальной. Затем меняется направление тока и т.д. (от 0 влево).

Данные измерений заносятся в табл. 1.

Таблица 1

Р1, масса пустой трубки, г	Р2, масса трубки с образцом, г	Р3, масса трубки с образцом в магнитном поле, г	Р=Р2-Р1 масса образца, г	Н, напряженность магнитного поля, Э	, см3/г, удельная магнитная восприимчивость.	J, гаусс/г, удельная намагниченность

Оформление результатов:

Подставляя данные из табл. 1, в формулу (6) или (7), определяют соответственно кривую удельной магнитной восприимчивости или петлю гистерезиса по J или В.

На рис. 3 в качестве примера приведены:

Рис.2 Калибровочная кривая зависимости напряженности магнитного поля в канале соленоида от величины тока.

Рис.3 Кривая начальной намагниченности образца и её обратный ход.

1 – кривая первичного намагничивания;

2 - кривая размагничивания