Әдістемелік нұсқаулық



жүктеу 282.17 Kb.
Дата04.03.2018
өлшемі282.17 Kb.

Әдістемелік нұсқаулық




Нысан

ПМУ ҰС Н 7.18.2/05


Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі


С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті
Жалпы және теориялық физика кафедрасы

ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛЫҚ

«Материалтану» пәні

050716-«Аспап жасау» мамандығының студенттеріне арналған

Павлодар


Әдістемілік нұсқаулықты

бекіту парағы









Нысан

ПМУ ҰС Н 7.18.1/05




БЕКІТЕМІН

ФМжАТ факультетің деканы

__________________С.К. Тлеукенов

200_ ж «__»______________

Құрастырушы: аға оқытушы __________ Сейтханова А.Қ.
Жалпы және теориялық физика кафедрасы
Зертханалық сабақтарға арналған

Әдістемелік нұсқаулар

Материалтану пәні бойынша


050716-«Аспап жасау» мамандығының студенттеріне арналған

200 ж. « » _____ кафедра отырысында ұсынылған

Хаттама № .
Кафедра меңгерушісі ___________ Ш.К.Биболов
Физика, математика және ақпараттық технологиялар факультетінің әдістемелік кеңесімен құпталған 200__ж. «____»_____________ хаттама №_____
ӘК төрағасы _______________________А.Т. Кишубаева

Кіріспе

Методикалық нұсқауда жалпы физика курсының «Материалтану» бөлімі бойынша ЖОО-ң физика-математика мамандықтары бойынша оқитын студенттерге зертханалық сабақтарды дайындауы үшін арналған. Методикалық нұсқау студенттерді физикалық аспаптармен тереңірек танысуы, сонымен қатар нақты өлшеулердің негізгі әдістерін игеруіне көмектеседі. Бұл оқулыққа 5 зертханалық жұмыс енгізілген, олардың әрқайсысы қысқаша теориялық кіріспеден, зертханалық қондырғылардың схемаларынан, өлшеулерді жүргізу әдістерінен тұрады. Зертханалық жұмыстардың сипаттамасынан кейін қажет әдебиеттер тізімі келтірілген.

Осы оқу құралын пайдалану студенттердің «Материалтану» пәні бойынша білім деңгейін, сонымен қоса әдістемелік жабдықтау мен зертханалық сабақтарды жақсартуда көп көмегін тигізеді.

1 Зертханалық жұмыс. Өткізгіштердің кедергісін оның геометриялық өлшемдері бойынша анықтау


Жұмыстың мақсаты: денелердің сызықты өлшемдерін штангенциркуль мен микрометр көмегімен өлшеуді және өлшеудің нәтижелерін өңдеуді үйрену.

Теориялық кіріспе

Денелердің сызықты өлшемдерін берілген дәлдікпен өлшеу көптеген экспериментальдық есептерді шешуге қажетті.

Осы жұмыста өткізгіштің кедергісін, оның сызықты өлшемдері бойынша, келесі формуламен анықталады
(1)

мұндағы


- өткізгіштің еркін зарядтарының реттелген қозғалысының жылдамдығын азайту, яғни өткізгіштегі ток күшін шектеу қасиетін сипаттайтын өткізгіштің кедергісі;

- сан-мәні бойынша ұзындығы 1 м және көлденең қимасының ауданы 1 м2 –қа тең өткізгіштің кедергісіне сәйкес келетін, сол заттан жасалған, өткізгіштің меншікті кедергісі (БХЖ-де меншікті кедергі Ом. м- мен өлшенеді);

-өткізгіштің ұзындығы;

-өткізгіштің көлденең қимасының ауданы.

Егер өткізгіш цилиндр тәріздес формаға (қалыпқа) ие болса, онда кедергіні келесі формула арқылы анықтауға болады


, себебі (2)
мұндағы D – өткізгіштің диаметрі.

Жұмыс өткізгіштің ұзындығы мен диаметрін өлшеуден құралады. Сызықты өлшеулердің дәлдігі сызықты нониусты және микрометрлік бұранданы қолдану кезінде артады.



Сызықты нониус өлшеудің дәлдігін 10-20 есе арттыруға мүмкіндік туғызатын, қалыпты масштабқа толықтыруды нониус деп атайды. Сызықты нониус дегеніміз масштаб деп аталатын үлкен сызғыштың бойымен қозғала (жылжи) алатын бөліктері бар кішкене сызғыш. Әдетте, нониустағы бөліктен нониустың бір бөлігі масштаб бөлігін құрайтындай етіп (жасалады) сызылады, мұндағы m – нониустың бөліктер саны. Сондықтан, нониусты қолданып, масштабтың ең кіші бөлігіне дейінгі дәлдікпен өлшеулерді жүргізуге болады.

Айталық нониустың көршілес штрихтарының арақашықтығы – l, ал масштабтың көршілес штрихтарының арақашықтығы у болсын (12.1сурет).


х

y

1 сурет
Онда

және (3)
болады.

шамасы нониустың дәлдігі деп аталады. Ол нониустың максималды қателігін анықтайды. Масштабтың жеткілікті кіші бөліктерінде нониустың бір бөлігі масштаб бөлігінің біреуіне сәйкес келеді. Нониус бойынша өлшеу көздің осы сәйкестікті белгілеу (анықтау) қабілетіне негізделген.

Сызықты нониус көмегімен өлшеу үрдісін (процесін) қарастырайық (12.2 сурет).


12.2 сурет


айталық, L – өлшенетін кесіндінің ұзындығы болсын. Кесіндінің бір басына негізгі масштабтың нөлдік бөлігін келтірейік. Ал екінші ұшы осы масштабтың К-сыншы және (К+1)-ші бөліктерінің аралығында болсын делік. Онда
(4)
деп жазуға болады, мұндағы - масштабтың К-сыншы бөлігінің, әзірше, белгісіз үлесі (доля).

Енді, нониустың нөлі кесіндінің соңына сәйкес келетіндей етіп нониусты орнатамыз. Нониустың бөліктері масштаб бөліктеріне тең болмағандықтан, міндетті түрде, масштабтың (К+1)-ші бөлігіне неғұрлым жақын орналасқан бөлік табылады. 12.2 суретте көрсетілгендей


(5)
және, солай болғандықтан

(6)
Нәтижені келесі түрде тұжырымдауға болады: нониустың көмегімен өлшенетін кесіндінің ұзындығы масштабтың толық бөліктерінің санына масштабтың әлдебір бөлігімен нониустың сәйкес келетін бөлігінің нөмірін нониустың дәлдігіне көбейтіп қосқанға тең болады.

Микрометрлік бұранда бұл бұранданың бүкіл ұзындығына қадамы (бұранданы бір айналымға бұрғанда оның ұшының қозғалысының шамасы) тұрақты болатын бұранда. Өлшеулерді жүргізу мақсатында микрометрлік бұранды дабыл не дағыра (барабан) деп аталатын бөліктері бар ерекше баспен (бүркеншекпен, орысша головка) жабдықталған. Егер дағырада бірқалыпты n бөлік белгіленсе, онда бір бөлікке бұру кезінде бұранда ілгерілмелі мм-ге ығысады. шамасы микрометрлік бұранданың дәлдігі болып табылады. Дағырдың бір айналымнан аз бұрылысы кезіндегі ығысуы бұранданың дәлдігін дағырдың бұрылған бөлігінің санына көбейту арқылы анықталады.

Микрометрлік бұрандалы аспаппен өлшенген денелердің өлшемдерінің өлшеу дәлдігі 0,01-0,005 мм. Микрометрлік бұрандалар микрометрлерді құрастырғанда қолданылады.




Зертханалық қондырғы және өлшеу әдісі



Штангенциркуль – біреуі сызғышпен бекітілген, ал екіншісі сызғыш бойымен еркін қозғала алатын екі аяғы бар металл сызғыштан тұратын өлшеу құралы (12.3 сурет). Қысқыш бұрандалы жабдықталған қозғалмалы аяғында нониус орнатылған. Аспаптың нөлдік көрсеткіші кезінде нониус нөлі негізгі шкала - масштаб нөліне сәйкес келеді. Өлшенетін объект штангенциркульдің қозғалмайтын және нониус-бұрандамен бекітіледі.

Негізгі шкала бойынша денемен алынатын бүтін бөліктердің санын анықтап, негізгі шкаланың қандайда бір бөлігіне неғұрлым жақын орналасқан нониустың бөлігінің нөмірін белгілеп алып, (3) формула бойынша объекттің өлшемдерін анықтайды.


12.3 суретте келтірілген мысалдағы дененің өлшемі, көрсетулерге қарағанда мынаған тең L=1+K.


Микрометр – шомбал металды құлақ (массивная металлическая скоба) (12.4 сурет). Ол келесілерден құралады: қозғалмайтын тірек «а», микрометрлік бұранда «б»; сызықты шкала «в», ол жоғарғы және төменгі болып бөлінеді, сонымен бірге жоғарғы бөліктер төменгі бөліктерді қақ ортасына бөледі.

12.4 суретте дағырында 50 бөлігі бар бұрандасының қадамы 0,5 мм болатын микрометр көрсетілген. Дағырдан солға қарай 2 толық және 0,5 бөлік анық көрініп тұр, сондықтан, объекттің өлшемі келесідей болады

2 мм +0,5 мм + 0,24 мм = 2,74 мм (7)

Өлшеніп отырған денені бірқалыпты қыспау қателердің басты көз болып табылады. Осы қателікті жою үшін микрометр қатты қысуды болдырмайтын тетікпен жабдықталған. Мұндай тетіктердің жұмысы бұранда стержені мен бұранданы бұратын «г» бас (головка), арасындағы үйкеліске негізделген. Қысылған кезде әлсін шерту естіледі. Осы шертуден кейін «г» өзі ғана бос сатыры естіледі де айнала береді. Осы кезде дағырға тиісуге болмайды.



Жұмысты орындау тәртібі:


  1. өткізгіштің l ұзындығын штангенциркульмен, D диаметрін микрометрмен кем дегенде бес рет өлшейді;

  2. осы шамалардың арифметикалық орташаларын есептейді


(8)


  1. өлшеулердің n санына =0,95 сенімділікте t(n) Стьюдент коэффициентін қолдана отырып және абсолют қателіктерді келесі формулалар бойынша анықтайды


және (9)


  1. өткізгіштің кедергісінің орташа мәнін есептейді

 және -дің сандық мәндерін ең дәл емес көбейткіштің санынан бір цифрға көп болатындай етіп дөңгелектейді.

  1. тікелей өлшеулердің қателіктері бойынша кедергінің салыстырмалы және абсолют қателіктерін есептейді


және (10)


  1. өлшеулер мен есептеулердің нәтижелерін төмендегі кестеге енгізеді




li , м

м

м

Di

м

м

м

, Ом



, %






















































  1. соңғы нәтижені төмендегідей сенімділік интервалы түрінде.



Ом (11)





200С температура кезіндегі меншікті кедергі 10-8Ом.м

Алюминий

2,53812

Мыс

1,72353

Жез

7,21581

Бақылау сұрақтары





  1. Масштаб дегеніміз не? Олар немен ерекшеленеді?

  2. Штангенциркульдің құрылысы мен не үшін қолданылатын айтып бер.

  3. Микрометр туралы түсінік бер.

  4. Егер штангенциркуль де, микрометр де бар болса, қандай аспапты қолдану керек? Жауапты негізде.

  5. Өткізгіштің геометриялық өлшемдері бойынша кедергісін анықтауға болатын жұмыс формуласын қорытып шығар.



Қауіпсіздік шаралары

Жұмысты орындау барысында қауіпсіздік техникасының және өрт қауіпсіздігінің жалпы талаптарын сақтау қажетті.


2 Зертханалық жұмыс. Баллистикалық гальванометр көмегімен сұйық диэлектриктердің диэлектрик өтімділігін өлшеу

Жұмыстың мақсаты: Зерттелетін диэлектрикпен толтырылған конденсатордың электр сыйымдылығы бойынша диэлектриктің диэлектрлік өтімділігін эксперимент жүзінде анықтау әдісімен танысу.

Баллистикалық гальванометрді градуирлеу. Трансформатор майының диэлектрик өтімділігінің шамасын анықтау.


Теориялық кіріспе
Электротехникада қолданылатын сұйық диэлектриктердің ішінде трансформатор майы жиі кездеседі. Трансформатор майын күшті трансформаторлардың изоляциясының электр төзімділігін арттыру, жылу беруін жақсарту үшін толтырады. Трансформатор майы жоғары кернеудегі майлы ажыратқыштарда және т. б. электр аппараттарында қолданылады. Бір немесе екі беті қызыл – мысты электрлік фольгамен тегістелген шынытекстолит аппаратураның төмен вольттік тізбегінің басылған сұлбаларын жасауда қолданылады. Басылған сұлбаларды фольгаланған шынытекстолитті (травлением ) алынады.
Диэлектриктердің үйектелуі
Диэлектриктердің қасиеттерінің негізгі сипаттамаларының бірі болып табылатын физикалық шама диэлектрлік өтімділік . Диэлектрлік өтімділік вакуумдағы электр зарядтарының жүйесімен қоздырылған электр өрісі кернеулігінің сол зарядтардың диэлектрлік ортадағы электр өрісі кернеулігінен қанша есе артық екенін көрсетеді.

Диэлектриктердің электр өрісі кернеулігінің шамасына және электр зарядтарына әсер етуі оның сыртқы электр өрісінде үйектену (поляризация) құбылысымен түсіндіріледі. Диэлектриктердің үйектелу механизмі оның молекулаларынының орналасуына тәуелді.

Егер молекулалар симметриялы орналасса, яғни оң және теріс зарядтардың сыртқы электр өрісі болмағанда, “ауырлық” центрлері сәйкес келсе, онда сыртқы электр өрісінде электронды немесе деформациялық үйектелу пайда болады. Оң +Q және -Q теріс зарядтарының ауырлық центрлері l шамасына (диполь иіні) ығысып, молекула электр өрісінді дипольдік моментке ие болады (34.1 сурет).
(1)


34.1 сурет


Егер молекулалар асимметриялы орналасса, яғни оң және теріс зарядтарының “ауырлық” центрлері сәйкес келмесе, онда мұндай молекулалардың дипольдік моменттері сыртқы өріс болмағанда нөлден айырықша болады үйектік молекула (полярные молекулы).

Сыртқы өріс болмаған жағдайда үйектік молекулалардың дипольдік моменттері, жылулық қозғалыс салдарынан, кеңістікте бейберекет бағдарланады да, олардың қорытқы моменті нольге тең болады. Сыртқы электр өрісі дипольдік моменттердің өріс бағытымен бағдарлануын туғызады. (бағдарлық үйектелу).

Сөйтіп диэлектриктердің үйектелуі деп, дипольдардың бағдарлану немесе электр өрісі әсерінен өріс бойынша бағдарланған дипольдардың пайда болу құбылысын айтады.

Сыртқы электр өрісінде орналасқан диэлектрик бетінде, үйектелу (поляризация) нәтижесінде, Е0 сыртқы өріске қарама-қарсы өздік ішкі өріс қондыратын, байланысқан зарядтар пайда болады.

Демек, диэлектриктің үйектелуі деп дипольдердің бағытталу құбылысы немесе электр өрістерінің әсерінен өріс бойымен бағдарланған дипольдердің пайда болуын айтады.

34.2 суретте диэлектрикпен толтырылған, зарядталған конденсатор сызбасы келтірілген. Диэлектриктегі электр өрісінің кернеулігі . Егер диэлектриктің диэлектрлік өтімділігі белгілі болса, онда



(2)

Диэлектриктің диэлектрлік өтімділігін анықтаудың ең кең тараған әдісі, сол диэлектрикпен толтырылған конденсатордың сыйымдылығын өлшеуге негізделген.


Конденсатордың электр сыйымдылығы
Өткізгіштің электр сыйымдылығы С деп, сан жағынан оның потенциалының шамасын бірлікке өзгерту үшін қажет жіберілетін зарядқа тең физикалық шаманы айтады
(3)
Жекеленген өткізгіштің С электр сыйымдылығы оның сыртқы беттерінен, өлшемдерінен, сонымен қатар, қоршаған ортаның диэлектрлік қасиеттеріне тәуелді болады. С электр сыйымдылықтың не өткізгіш зарядына, не оның потенциалына, не оның затына (материалына) тәуелді болмайтынын есте сақтау керек. БХ жүйесінде (СИ) электр сыйымдылық фарадпен өлшенеді.
1 фарад=1кулон/1вольт.
Екі өткізгіштің өзара сыйымдылығы – сан жағынан өткізгіштер арасындағы потенциалдар айырмасын бірлікке өзгерту үшін қажетті, өткізгіштің біреуінен екіншісіне тасымалданатын, зарядқа тең физикалық шама. Өзара электр сыйымдылығы өткізгіштердің формулаларына, өлшемдеріне, өзара орналасуларына және ортаның қасиеттеріне тәуелді болады.

Практикада екі әр аттас зарядталған өткізгіштердің, олармен қоздырылатын электр өрісі тек солардың арасында ғана болатындай формада жасалынып, сәйкесінше орналастырылуы маңызды. Екі өткізгіштің мұндай жүйесі конденсатор деп, ал өткізгіштердің өздері оның астарлары деп аталады. Астарларының формасына байланысты конденсаторлар – жазық, сфералық және цилиндрлік болып бөлінеді. Келесі қатынасты қолданып кез келген конденсатордың электр сыйымдылығының өрнегін қорытып шығаруға болады


(4)
Жазық конденсатор үшін
(5)
Параллель жалғанған бірдей конденсаторлардың батареясының сыйымдылығы

(6)
мұнда S – конденсатордың бір астарының ауданы, м2;

d – астарлардың ара қашықтығы, м;

- электр тұрақтысы, =8,85 10-12 Ф/м.

- диэлектриктің диэлектрлік өтімділігі;

N - параллель қосылған конденсаторлар саны.

Зертханалық қондырғы және өлшеу әдісі


Жұмыста трансформатор майының диэлектрлік өтімділігін анықтау үшін, осы маймен толтырылған екі бірдей параллель жалғанған С және N жазық батареяның электр сыйымдылығын өлшеу қажет.

Диэлектрлік өтімділік (6) өрнекке сәйкес келесі өрнекпен анықталады



(7)
Конденсатор батареясының сыйымдылығын анықтау үшін 3-суретте келтірілген сұлба бойынша электр тізбегін құрады.

Жұмыста электр сыйымдылығын анықтау әдісі берілген U кернеуде зерттелетін конденсаторлардың жинақтаған Q электр мөлшерін өлшеуге негізделген. Электр мөлшерін гальванометрдің жарық тілшесінің максималды ауытқуы бойынша, егер оны алдын-ала сыйымдылықтарының эталонды жиынтығының көмегімен градуирлеп, және градуирленген (дәл бөліктелген) график құрылса, бағалауға болады.

Q-ды біле отырып, диэлектрик толтырылған жазық конденсаторлар батареясының С қоспасын келесі өрнек бойынша анықтайды

(8)
мұнда U – конденсатор батареясындағы кернеу.

(8) өрнекті (7)-өрнекке қойып, зерттеліп отырған диэлектриктің диэлектрлік өтімділігін есептеу өрнегін алады


(9)
Қойылған есептің шешімі екі кезеңнен тұрады:

    1. Баллистикалық гальванометрді градуирлеу (дәл бөліктеу);

    2. Зерттелетін диэлектриктің диэлектрлік өтімділігін анықтау.


PG – баллистикалық гальванометр. Ол рамканың өздік тербеліс периодымен салыстырғанда аз уақыт аралығында оның рамкасы арқылы өтетін заряд мөлшерін өлшеуге қолданылады. Баллистикалық гальванометрдің кәдімгі магнит-электрлік жүйедегі гальванометрден ерекшелігі: қозғалмалы бөлігі ауыр, инерция моменті және өздік тербеліс периоды үлкен. Егер мұндай гальванометр арқылы қысқа импульсті ток (мысалы, конденсатор разряды) өтсе, онда гальванометрдің қозғалмалы жүйесімен байланысқан жарық тілшесінің максималды ауытқуы токқа емес, керісінше гальванометр арқылы өткен Q-зарядқа пропорционал болады.

С – зерттелетін конденсатор батареясы;

Сэ – сыйымдылықтардың эталонды жиынтығы;

GB – тұрақты ток көзі;

RP – потенциометр;

PV – вольтметр;

а1 б – сыйымдылықтың эталоны Сэ жиынтығы немесе зерттелетін конденсатор С батареясы жалғанатын қысқыштар;

SA – сол жақтағы қалыпта тұрған кезде ток көзінен конденсатордлың зарядталуын, ал оң жақтағы қалыпта конденсатордың PG гальванометр арқылы разрядталуын қамтамасыз ететін ауыстырып-қосқыш.


Жұмысты орындау тәртібі:

  1. сұлба бойынша (34.3 сурет) электрттізбегін тексеру;

  2. электр өлшеуіш аспаптардың өлшеу шектерін орнатып, шкалалардың бөлік құнын анықтау;

  3. а,б қысқыштарына (клеммаларына) Сэ сыйымдылықтардың эталонды жиынтығын жалғау (34.3 сурет). Эталонды конденсатордың сыйымдылығын 1-кестеге жазу;

  4. RP потенциометрмен (0,5-1,5) В кернеу орнатып, оны 1-кестеге жазу;

  5. Сэ эталдонды конденсаторды зарядтау (ауыстырып -қосқыш оң қалпында Р);

  6. Сэ эталдонды конденсаторды гальванометр арқылы разрядтау (ауыстырып - қосқыш оң қалпында Р), гальванометрдің жарық

тілшесінің максималды ауытқуын белгілеп, оны 1-кестеге енгізу;
1 кесте



Сэт

мкФ


U, B

Q = Cэ·U

мкКл


n

1

2

3



.

.

10


















  1. гальванометрдің бүкіл шкаласы үшін жарық тілшесінің ауытқуын алуға болатындай, кернеуді немесе сыйымдылықты 8-10 рет өзгертіп, өлшеуді қайталау;

  2. әрбір жүргізілген өлшеу үшін келесі формула бойынша гальванометр арқылы өткен заряд шамасын есептеу;



Q=CэUэ (10)
2 кесте

Өлшем бірлігі

α=0,95 t(3) = 4,30

Ux, B

nx

Qx,

мкКл


ε

<ε>-εi

(<ε>-εi)2

Δε

Δε/<ε>


1

2

3



























Орташ.



























Бақылау сұрақтары





  1. Диэлектрлік өтімділіктің физикалық мағынасы.

  2. Диэлектриктің үйектелуі? Үйектелу түрлері.

  3. Конденсатордың құрылысы. Конденсаторлардың түрлері.

  4. Жазық конденсатордың сыйымдылығы.

  5. Жұмыс формуласын қорытып шағарыңыз.

3 Зертханалық жұмыс Ферромагнетиктің кюри нүктесін анықтау



Жұмыстың мақсаты: ферромагнитті үлгінің Кюри нүктесін анықтау;үлгінің температурасы өзгергендегі магнит гистерезис тұзағының өзгерісін бақылау;
Құрал – жабдықтар: автотрансформатор, термопара, милливольтметр, микроамперметр.
ҚЫСҚАША ТЕОРИЯ
Заттың магниттік қасиеттері


  1. Магнетиктер

Барлық физикалық денелер магниттеліп магнит өрісінің әсерін алады. оларды магнетиктер деп атайды.



Магниттелу – сыртқы магнит өріснің әсерінен дененің магнит моментінің өзгеру процессі. Магнетиктің әр нүктедегі магнитттелу дәрежесі магниттелу векторымен (магниттелу екпінділігі) сипатталады. Біртекті магнитттелуде векторы заттың бірлік көлемінің магнит моменті мағынасында болады. Заттың магниттік қасиеттері оны құрайтын бөлшектердің қасиеттеріне, агрегатттық күйіне тәуелді.

Атомдар құрамындағы элементар бөлшектер – электрондар, протондар, нейтрондар өзінің меншікті магнит моменттеріне ие болады. Атомның (ионның) меншікті моменті оның барлық электрондарының меншікті моменттерінің, ядроның меншікті моменттерінің және орбитальдық қозғалысының меншікті моменттерінің векторлық қосындысына тең болады.



магнит моменті нольге тең атомдар немесе иондар сыртқы магнит өрісі болмағанда диамагнитті деп аталады. Атом (ион) парамагнитті деп аталады, егер өріс болмаған жағдайда ≠0 болғанда.

Диамагнитті эффект. Сыртқы өрістің электрондардың орбитальдық қозғалысына әсері әр атомның өріске қарсы бағытталған қосымша магнит моментінің пайда болуына әкеледі. Бұл эффект диамагнитті деп аталады. Кез-келген атом қосымша момент алады, бірақ парамагнитті атомдарда ол шамасы үлкен магнит моментімен жасырынады.

Диамагнетиктер. Диамагнитті атомдардан (иондардан) тұратын заттар диамагнетиктер деп аталады. Сыртқы магнит өрісі болмаған жағдайда олар магниттелмейді. Диамагнетиктер диамагнитті эффект салдарынан сыртқы өріске қарсы магниттеледі. Диамагнетиктерге барлық инертті газдар, көптеген органикалық қоспалар, кейбір металлдар – алтын, күміс, мыс, мырыш, сынап, қорғасын жатады.

Парамагнетиктер. Сыртқы магнит өрісі болмаған жағдайда магниттелмеген және парамагнитті атомдардан тұратын заттар парамагнетиктер деп аталады. Сыртқы өріс атомдардың магнит моменттерін индукция сызықтары бойымен бағыттауға ұмтылады. Жылулық қозғалыс оған қарама – қарсы фактор ретінде әсер етеді. Нәтижесінде өріс бағыты бойында өрістің өсуімен артатын, температура өскен сайын кемитін магниттелу пайда болады. Өрісті өшіру магнит моменттерінің жойылуына әкеледі. Парамагнетиктерге газ тәріздес оттегі, азот қышқылы, щелочь металлдар, кальций, магнит, қалайы, қорғасын, ауысу металлдарының иондары және сирек кездесетін жерлері бар тұздардың сулы ерітінділері жатады.

  1. Заттағы магнит өрісі.

Заттағы магнит өрісі болып индукциясы бар сыртқы өрістердің және ішкі индукциясы бар ішкі өрістердің қосындысы табылады. Соңғысының көзі болып– магниттелген заттың өзі табылады. Қорытынды магнит өрісі:



(2.1)
Заттың магнит өрісінің индукциясын өзгерту қасиеті (2.2) формуласымен анықталатын μ салыстырмалы магнит өтімділігімен сипатталады.

Заттағы магнит өрісін кернеулік деп аталатын H көмекші векторлық шама көмегімен сипаттайды. Вакуумда өрістің әр нүктесінде (2.3) , мұндағы μ0 – магнитті тұрақты.

Магнетикте (2.2) және (2.3) формулаларына сәйкес, (2.4) және ол заттың қасиеттерінен тәуелсіз. Тәжірибелердің көрсетулері бойынша парамагнетиктер мен диамагнетиктерде,

J = Xm H (2.5), мұндағы Xm - магниттік сезімталдық деп аталатын тұрақты, өлшемсіз шама. Жоғарыда айтылғаннан парамагнетиктер үшін, Xm > 0, ал диамагнетиектер үшін, Xm < 0.

Магнит өрісінде тұрған магнетиктерде келесі қатынас орындалады:

(2.6)

(2.4) және (2.5), (2.6) формулаларынан: μ = (1+Xm) (2.7)




  1. Ферромагнетиктер

Магнетиктер арасында аномальды жоғары магниттік қасиеттерге ие болатын кристаллдық заттар – ферромагнетиктер ерекшеленеді. Ферромагнетиктерге – темір, никель, кобальт, гадолиний және тағы басқа сирек кездесетін металлдармен олардың қорытпалары, хром және марганецтің кейбір қосылыстары жатады. Олардың ерекшелігі: жеткілікті төменгі температурада сыртқы магнит өрісінен тәуелсіз Js магниттелу пайда болуында. Бұл магниттелу өзіндік (спонтанды) деп аталады.

Ферромагнетик дене H=0 болғанда домендерге, яғни қанығуға дейін спонтанды магниттелген кіші облыстарға бөлінген. Домендердің магнит моменттерінің векторларының бағыттары беттеспейді, сондықтан дененің қорытынды магнит моменті және J оның көлемі бойынша орташа магниттелу нолге тең .

Спонтанды магниттік күй Кюри нүктесі деп аталатын Tс белгілі температурадан төмен болады. Бұл температурадан жоғары болғанда ферромагнетик парамагнитті күйде болады.

Ферромагнетиктің спонтанды магниттелуі кристалдық күйде ғана пайда болу мүмкін.. Ферромагнитті кристаллда көрші атомдардың толтырылмаған ішкі электрондық қабықшаларының электрондарының арасында олардың меншікті (спинді) магнитті моменттерін бір–біріне қарама–қарсы бағыттауға ұмтылатын магнитті өзара әсерлесумен қатар бұл моменттерді параллель бағыттайтын квантық- механикалық (алмасу) әсерлесу бар.

Белгілі атомаралық қашықтықтарда алмасу әсері басым болады, бұл спонтанды магниттелуге әкеледі. Сыртқы өріс болмағанда ферромагнетик энергиясының минимумына оның домендерге бөлінуі есебінен жетеді.

Сыртқы магнит өрісінде ферромагнетиктің доменді құрылымы өзгереді, бұл оның өріс бойымен магниттелуіне әкеледі (сурет 1 ). H=0 болғанда көлемі бойынша орташа магниттелу J=0 (сурет 1 а).
H=0 Н







а) б) в) г) д)
а) б) в) г) д)

(сурет 1)

Магниттік өріс домендер көлемінің қатынасын өзгертеді ( және арасындағы бұрыш сүйір болатын ). Бұл H өскенде (сурет 1 а) пайдасыз бағытталған домендердің жұтылуына әкелетін (сурет 1 в) домендік шекаралардың ауытқу процессі нәтижесінде болады. Жеткілікті күшті өрістерде ауытқу процессі қайтымсыз. H–тың өсуімен келесі J өсуі домендерде спонтанды магниттелу векторының өріске бағытталған айналу (бұрылу) процессі нәтижесінде жүзеге асады (сурет 1 г). Содан кейін магниттік қанығу күйіне жетеді. Мұндағы,

(сурет 1 д).

Жоғарыда келтірілген процесстер 2 - суретте келтірілген J=f(H) тәуелділігіне әкеледі. Бұл тәуелділік сызықты емес. Ендеше ферромагнетик үшін μ магнит өтімділігі (2.5) және (2.7) формулалары бойынша есептеледі, ол өрістің кернеулігіне тәуелді (сурет 3).



J






Js 1

2

-Hm -Hc Hc




3 6 Нm H

5

4

H

( сурет 2 ) ( сурет 3 )



Магнит өрісінің B индукциясы ферромагнетикте салыстырымды аз H болғанда үлкен мәндерге жетеді. Сондықтан магниттік өтімділіктің шамасы шамамен 103-105 болады.

Ауытқу процесстерінің қайтымсыздығы салдарынан Hm кернеуліктен –Hm кернеулікке дейін өзгеруі тен --ке магнитттелудің 1234 қисығы бойынша өзгеруіне әкеледі (сурет2). Бұдан J, H өзгеруінен қалып отыратыны көрінеді. Бұл қалып отыру гистерезис деп аталады. H=0 болғанда үлгі қалыпты бағытта магниттеледі, ал болғанда қалдықты магниттеледі. кернеулік болғанда магниттелу нолге айналады. Ол қайтымды күш деп аталады. Содан кейін H өскен сайын қайта қанығу болады. Өрістің -Hm –нен Hm ге дейін өзгеруі 4561 қисығы бойынша магниттелудің өзгеруіне әкеледі (сурет 2). Жалпы циклді қайта магниттелу кезінде болатын 123456 қисығы магнитті гистерезис тұзағы деп аталады.



4- суретте ферромагнетиктің магниттелу және қайта магниттелу процесстері тәуелділік графигімен көрсетілген, оны (2.6) формуласы көмегімен тәуелділігінен алуға болады. Бұл суретте B=Br - қалдықты индукция.

B
Br
-Hc Hc ( сурет 4 )

Н


Қондырғының сипаттамасы жєне өлшеу тєсілдері.
5- суретте зертханалық қондырғының сүлбісі келтірілген.





























Зертттелетін S ферромагнитті үлгі L1, L2, L3 катушкаларының өзекшесі болып табылады. Айналмалы ЭҚК-і ток көзімен қосылған L1 катушка үлгіні магнитттеп қыздырғыш ролін атқарады. Температура термопара көмегімен анықталады. 1 спай – үлгінің температурасында, 2 спай бөлмелік температурада болады. Термопара тізбегінде пайда болатын термоЭҚК-і εт mV милливольтметрмен өлшенеді.



(2.8)

мұндағы, T-үлгінің температурасы; Tб -бөлменің температурасы; α - берілген температураға сєйкес коэффициент.

(2.8) сєйкес ферромагнитті үлгінің температурасын анықтау термоЭҚК – пен бөлменің температурасын өлшеуге єкеліп соғады.

үлгінің ферродан парамагнитті күйге ауысу моментін қондырғыда екіжақтылы тєсілмен алуға болады – μA микроамперметр көрсетулерінің өзгеруі бойынша жєне осциллограф экранындағы магнитті гистерезис тұзағының жоғалуы бойынша.

L2 катушкадағы өзара индукцияның ЭҚК-і,

(2.9)

- токтың өзгеру жылдамдығы температурадан тєуелсіз болғандықтан үлгінің қызған кезінде εі1 шамасы μ өзара индукция коэффициенті өзгергенде ғана өзгере алады. Берілген жұмыста М температуралық тєуелділік үлгінің μ магнит өтімділігінің температурадан тєуелділігімен анықталады (M~μ). Сондықтан да үлгінің парамагнитті күйге ауысқан кездегі μ магнит өтімділігінің Кюри нүктесіндегі азаюы L2 катушкадағы токпен ЭҚК-нің төмендеуімен бірге болады.

О осциллографтың "X" кірісіне Uх айнымалы кернеу мен L1 катушкадағы R1 кедергі беріледі. Оның лездік шамасы,



(2.10) мұндағы, - осы катушкадағы токтың мєні.

(2.11) индукциялы токтың магнит өрісі үлгіні магниттейді.

Осциллографтың "Y" кірісіне катушканың тізбегіне қосылған мен индуктивті байланысты C сыйымдылықты конденсатордан айнымалы кернеу беріледі. үлгінің магнит өрісіндегі индукция шамасына пропорционал екенін көрсетуге болады. Шынында да, Фарадей заңына сєйкес – те,



ЭҚК-і индукцияланады, мұндағы (2.12)- катушканың магнит ағыны, – оның қилысуы, - орамдар саны; Онда,

(2.13) деп жазуға болады. Потенциалдар айырымы: (2.14)

мұндағы, (2.15) - конденсаторлар арасындағы заряд. Ом заңы бойынша,



екендігін ескеріп (2.14) жєне (2.15) формулаларынан мынаны аламыз:

,

мұндағы, R- катушка тізбегіндегі толық кедергі. Осылай, осциллограф экранындағы У осі бойындағы сєуленің ығысуы В – ға пропорционал болады.



катушканың айнымалы тогы, үлгінің циклдік қайта магниттелуіне єкеледі. Сондықтан осциллограф экранында магнитті гистерезис тұзағы пайда болады:

Кюри нүктесіне жақын, үлгінің температурасында қалдық индукция азаяды, ал үлгінің парамагнитті күйге ауысуы кезінде нолге айналады. Бұл кезде тұзақ түзу сызыққа айналады.

ЖұМЫСТЫ ОРЫНДАУ БАРЫСЫ.


  1. Қондырғының электрлік сүлбісімен танысу.

  2. Осциллографты ток көзіне қосып, оған 2-3 мин. қызуына мүмкіндік беру.

  3. катушканың тізбегін тұйықтап, автотрансформатор көмегімен беоілген кернеуді реттеп осциллограф экранында магнитті гистерезистің шектік тұзағын алу.

  4. катушка тізбегіндегі микроамперметрдің көрсетуін жазу жєне осциллограф экранының шкаласын бірлік бөліктерге бөліп осі бойындағы гистерезис тұзағының өлшемін жазу жєне өлшеу (бұл мөлшер –ге пропорционал, - қалдық индукция).

  5. үлгінің қызуы бойынша милливольтметрдің єрбір бес бөлігіндегі көрсетуін, микроамперметрдің көрсетуін, гистерезис тұзағының мөлшерін өлшеу нєтижелерін кестеге жазу.

  6. жєне тєуелділіктерінің графиктерін құру. тєуелділігінің түрі 6-суретте көрсетілген:











( сурет 6 )


7. қисығындағы токтың максимал төмендеуіне сєйкес келетін нүктеден

перпендикуляр түсіріп, оның горизонталь осьпен қилысу нүктесі бойынша Кюри

температурасына сєйкес кернеуін анықтау.

8. қисығының абсцисса осімен қилысу нүктесімен кернеуінің тағы бір мєнін табу.

9. -ні анықтап, формуласымен термопара спайларының температураларының айырымын есептеу: .


  1. Бөлмелік температураны Кельвинмен көрсетіп кестеге енгізу.

  2. Кюри нүктесін анықтау:

БАҚЫЛАУ СұРАҚТАРЫ.




  1. Заттардың магнит қасиеттері бойынша классификациясы қандай?

  2. Материалдардың магниттік қасиеттерінің табиғатын түсіндіріңдер.

  3. Ферромагнетик Кюри нүктесіне жеткенде не болады?

  4. Ферромагнетиктер жєне ферримагнетиктер құрлысында қандай айырмашылық бар?

  5. Қандай заттар қатты магнитті жєне жұмсақ магнитті деп аталады?

  6. Гистерезис құбылысының мєні неде?

  7. Ферромагнетиктер қасиеттері оның құрамына жєне өңдеу єдісіне қалай тєуелді?

  8. Ферромагнетиктердің техникада қолданылуы.


Әдебиет




  1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. учебное пособие для втузов /А.А. Детлаф., Б.М. Яворский. – М.: Высшая школа, 1989. – 607 с.

  2. Евграфова А.Г., Коган В.Л. Руководство к лабораторным работам по физике. – М. : 1970. – 350 с.

  3. Иверонова В.И. Физический практикум. Механика и молекулярная физика.– 2-е изд. – М. : 1967. – 280 с.

  4. Кортнев А.В. и др. Практикум по физике. учебное пособие для втузов.– М. : 1965. – 509 с.

  5. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. учебное пособие для студентов заоч. втузов и факультетов. –2-е изд., перераб. и доп. – М. : 1970. – 447 с.

  6. Савельев И.В. Курс общей физики. – М. : 1989. – 350 с.

  7. Трофимова Т.И. Курс физики. учебное пособие для вузов. –7-е изд.: – М. : 2003. – 542 с.

Каталог: arm -> upload -> umk
umk -> Жұмыс бағдарламасы қазақстан тарихының тарихнамасы пәні бойынша 050203-Тарих мамандығының студенттеріне арналған
umk -> Программа дисциплины Форма для студентов ф со пгу 18. 2/07
umk -> Жұмыс бағдарламасы шет елдер тарихының тарихнамасы пәні бойынша 050203-Тарих мамандығының студенттеріне арналған Павлодар
umk -> АќША, несие, банктер
umk -> Жұмыс оқу бағдарламасының титулдық парағы
umk -> Web-технологияныњ ±ѓымдары
umk -> Программа дисциплины для студентов
umk -> Ф со пгу 18. 2/05 Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі
umk -> Јдістемелік нўсќаулыќ


Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет