3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов

3.1 При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить и законспектировать следующие библиографические источники:

- для неинженерных специальностей /1/ С. 368 – 373;

- для инженерных специальностей /2/ С. 208 – 213, /3/ С. 142 – 149, С. 252 – 258.

3.2 Проверить электрическую схему установки и наличие всех приборов, необходимых для выполнения лабораторной работы.

3.3 После проверки схемы преподавателем включить приборы в сеть.

3.4 С помощью регуляторов «яркость» и «фокус» на экране осциллографа получить светящуюся точку (изображение электронного луча). Включить блок питания соленоида в сеть и установить по амперметру такие значения силы тока I, при которых электронный луч на экране ЭЛТ сделает n полных оборотов (один полный оборот – поворот электронного луча около центра на 360) (n =1, 2, 3, 4…).

3.5 Значения I и n записать в таблицу 1.

3.6 Выключить установку.

Таблица 1 Результаты измерений и вычислений

№ п/п	Обозначения физических величин
	I,А	n	U,В	,Кл/кг	, Кл/кг	, Кл/кг	, Кл/кг
1
2
3

3.7 Вычислить по формуле (14) удельный заряд электрона. Вычислить среднее значение удельного заряда электрона ()_, и сравнить результаты эксперимента с его теоретическим (табличным) значением ()_теор.

3.8 Вычислить инструментальную относительную и абсолютную погрешности по формулам (16) и (17):

. (16)

. (17)

3.9 Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1.

3.10 Записать результат в виде

.

4 Контрольные вопросы

4.1 Какая сила действует на заряженную частицу в магнитном поле?

4.2 Как движется заряженная частица, за счет действия на неё силы Лоренца?

4.3 Как определяется направление силы Лоренца?

4.4 Чему равна работа силы Лоренца?

4.5 Вывести формулу для расчета радиуса траектории, периода вращения заряженных частиц в магнитном поле.

4.6 Объясните, почему при увеличении силы тока в соленоиде электронный луч на экране ЭЛТ описывает винтовую линию не постоянным, а постепенно убывающим радиусом?

Лабораторная работа №5

Исследование процесса намагничивания

и перемагничивания ферромагнетиков по методу

А.Г. Столетова

Цель и задачи работы: Изучение процесса намагничивания и перемагничивания ферромагнитного материала. Построить петлю гистерезиса для ферромагнетика.

1 Общие сведения

Опыт показывает, что если какое-либо вещество поместить в магнитное поле напряженностью Н, то это приводит к изменению индукции магнитного поля в веществе:

В = В₀ + В^/, (1)

где В₀ = μ₀∙Н - индукция магнитного поля в отсутствии вещества, В^/ - дополнительная индукция, которая зависит от магнитных свойств данного вещества. Величина В^/ пропорциональна магнитному моменту единицы объема вещества J, т.е. В^/ = μ₀ J. Магнитный момент единицы объема вещества J называется намагниченностью. Намагниченность, так же как и напряженность магнитного поля, измеряется в единицах (А/м).

Магнитные свойства различных веществ обусловлены магнитными свойствами составляющих их частиц, т.е. атомов или молекул. Рассмотрим для простоты модель одноэлектронного атома, в котором электрон движется вокруг ядра по круговой орбите.

Рисунок 1 Движение электрона в атоме: - орбитальный магнитный момент; - орбитальный механический

момент электрона

Движение заряда по круговой орбите эквивалентно круговому току I , а круговой ток, как известно, обладает магнитным моментом, равным

= I S , (2)

где I - сила тока, S = π r² - площадь круга, который обтекает ток I. Если электрон делает один оборот вокруг ядра за время T, то силу эквивалентного тока I можно определить по формуле:

(3)

где _о – угловая частота вращения электрона вокруг ядра , e – заряд электрона. Подставляя (3) в (2) для орбитального магнитного момента электрона, получим:

P_m,орб. =, (4)

где r – радиус орбиты электрона,  - частота вращения электрона по орбите.

С другой стороны, движущийся по орбите электрон обладает механическим моментом импульса , модуль которого равен

, (5)

где . Вектор (его направление так же определяется по правилу правого винта) называется орбитальным механическим моментом электрона.

Из рисунка 1 следует, что направление и противоположны, поэтому, учитывая выражение (4) и (5) получим

, (6)

где величина равная называется гиромагнитным отношением орбитальных моментов. Это отношение, определяемое универсальными постоянными, одинаково для любой орбиты, хотя для разных орбит значения  и r различны.

Магнитный момент P_{m орб.} обусловлен орбитальным движением электрона вокруг ядра и поэтому называется орбитальным магнитным моментом.

Всякая элементарная частица наряду с массой и зарядом характеризуется еще и собственным магнитным моментом, который является внутренним свойством частицы. Этот магнитный момент называется спиновым магнитным моментом (Р_m,s). Спиновым магнитным моментом обладают такие элементарные частицы, как электрон, протон, нейтрон и др. Следовательно, магнитный момент электрона, вращающегося вокруг ядра равен векторной сумме вектора орбитального P_m,орб. и вектора спинового Р_m,s магнитных моментов. А у многоэлектронного атома магнитный момент определяется как геометрическая сумма векторов орбитальных магнитных моментов электронов, спиновых магнитных моментов электронов и спиновых магнитных моментов нуклонов (т.е. протонов и нейтронов ядра P_m,я). Однако спиновый магнитный момент нуклонов в тысячи раз меньше спинового магнитного момента электрона. Поэтому при рассмотрении многих вопросов величинами Р_m,я можно пренебречь.