Экспериментальная часть

Для измерения динамической магнитной восприимчивости обычно применяется индукционная методика. В стандартном методе взаимной индуктивности образец помещается внутри коаксиальной пары катушек первичной и вторичной. Через первичную катушку пропускается слабый синусоидальный ток, создающий переменное поле:

h(t)= h₀ ехр(it), где h₀ -амплитуда переменного поля.

Наличие в катушке взаимной индуктивности образца с восприимчивостью  вызывает дополнительное наведенное напряжение во вторичной катушке:

U= - dФ/dt = -nA₀ (1+)(dh/dt) (14)

где магнитный поток Ф зависит от числа витков вторичной обмотки на единицу длины n, площади поперечного сечения вторичной катушки А и от восприимчивости образца, умноженной на коэффициент заполнения , который зависит от объема образца.

В используемом в настоящей работе мосте взаимной индуктивности используются одна первичная и две вторичные катушки. Последние имеют одну и ту же ось, намотаны в противоположных направлениях и соединены последовательно. В отсутствие образца наведенное в катушках напряжение должно быть равно нулю.

Блок-схема и схема криостата и системы измерительных катушек установки для измерения динамической магнитной восприимчивости при низких температурах приведены на рис. 1 и на рис. 2 соответственно. Первичная катушка 1 подключена к генератору низкой частоты 4. Наведенный во вторичных катушках 2 и 2' сигнал подается на усилитель с синхронным детектором 5, опорным напряжением которого служит напряжение дополнительного выхода генератора 4. Детектированный сигнал поступает на вход «У» двухкоординатного самописца 7, на вход «X» которого подается падение напряжения с датчика температуры 4, питаемого источником тока 9. Температура контролируется с помощью датчика температуры ТСМФ.

Р ис. 1. Блок-схема установки для измерения динамической магнитной восприимчивости при низких температурах: 1 - первичная катушка; 2 и 2' - вторичные катушки; 3 - генератор звукового диапазона Г6-26; 4 - датчик температуры ТСМФ; 5 - усилитель-преобразователь измерительный УПИ-2; 6 - осциллограф С1-83; 7 - вольтметр В7-21; 8 - двухкоординатный самописец Н-307; 9 - стабилизированный источник тока; 10 - вольтметр В7-23.

Рис. 2. Схема криостата и системы измерительных катушек установки для измерения динамической магнитной восприимчивости при низких температурах: 1 – первичная катушка; 2 и 3 - вторичные катушки; 4 - держатель образца; 5 - датчик температуры; 6 - нагреватель; 7 - внешняя труба; 8 - внутренняя труба; 9 - капилляр; 10 - держатель системы вторичных катушек; 11 -сосуд Дьюара с жидким азотом; 12 - катушки Гельмгольца.

Порядок выполнения работы

1. Изучить правила техники безопасности при работе с техническими средствами, имеющимися в лаборатории и сдать допуск к выполнению работы.

2. Ознакомиться с техническими характеристиками и правилами эксплуатации измерительных приборов. Изучить методику, принцип действия и правила эксплуатации установки для измерения температурной зависимости магнитной восприимчивости.

3. Включить измерительные приборы в сеть и дать им прогреться в течении 15-30 мин.

4. Провести измерения температурных зависимостей магнитной проницаемости образцов, выданных преподавателем. Для этого следует выполнить следующие действия:

(а) предварительно измерив геометрические размеры образца, заправить его в образцедержатель; (б) опустить измерительную ячейку в сосуд Дьюара и дать ей охладиться в течение 20-30 мин; (в) включить нагреватель, и в ходе нагрева образца провести требуемые измерения.

5. Полученные результаты занести в таблицу:

N	Температура, К	Относительная проницаемость, 	1/

6. Построить графики зависимостей (Т) и 1/(Т).

7. Аппроксимировать зависимость 1/(Т) зависимостью 1/(Т)= С^-1(Т-Т_С) и определить из экспериментальных результатов значения величин С и Т_С .

8. Воспользовавшись соотношениями (9а) и (13), определить энергию обменного взаимодействия J₀ и величину магнитного момента магнитного атома m. (Концентрацию магнитных атомов в образце N выяснить у преподавателя.)