Описание экспериментальной установки и метода получения кривой намагничивания

Для измерения напряженности магнитного поля, градиента напряженности, намагниченности МЖ и ферросуспензий (ФС), а также для измерения остаточной намагниченности ФС используются различные варианты индукционного метода. Основой индукционного метода служит закон электромагнитной индукции, согласно которому ЭДС индукции, возникающая в проводящем контуре, численно равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего данный контур [1].

Для измерения намагниченности исследуемая жидкость заливается в цилиндрическую ампулу. Продольное намагничивание образцов проводится либо внутри соленоида, предварительно проградуированного по току, либо – между полюсными наконечниками лабораторного электромагнита. Намагниченность или остаточная намагниченность определяются баллистическим методом по фиксации изменения магнитного потока, пронизывающего витки измерительной катушки при выдергивании из нее намагниченного образца.

В наиболее простом случае измеряется магнитный поток, пронизывающий витки катушки при включении или выключении внешнего магнитного поля с исследуемым образцом и без него – Ф_М и Ф_МО. В этом случае намагниченность рассчитывается по формуле

, (3.9)

где S - площадь контура, N_K - количество витков в катушке, N – размагничивающий фактор.

Изменение магнитного потока в измерительной катушке индуктивности (с образцом и без него) достигается и путем поворота ее на 180º вокруг оси, перпендикулярной к линиям напряженности магнитного поля.

Наибольшей чувствительностью характеризуется способ измерения, основанный на использовании системы из двух катушек индуктивности, включенных антипараллельно. В одну из катушек вставляется ампула с исследуемым образцом.

Блок-схема экспериментальной установки по измерению намагниченности магнитной жидкости данным методом представлена на рисунке 3.1. Ампула 1 с образцом магнитной жидкости помещается внутри одной из двух одинаковых катушек индуктивности 2 и 3, включенных в противоположном направлении и установленных на вращающемся штоке 4. Затем измерительная ячейка помещается между полюсами лабораторного электромагнита 5 и подключается к микровеберметру 6.

При повороте штока ячейки на 180⁰ наблюдается изменение магнитного потока:

, (3.10)

где , d – внутренний диаметр ампулы.

Намагниченность рассчитывается по формуле:

, (3.11)

где N_K1 – число витков в одной катушке.

В случае соблюдения условия «1 – размагничивающий фактор N≈0, а относительная погрешность измерений ε_М:

(3.12)

не превышает 5%.

Значение намагниченности насыщения МЖ М_S можно определить по предельному значению намагниченности, для достижения которого требуются достаточно большие магнитные поля.

В соответствии с формулой

, (3.13)

где М_S0 – намагниченность насыщения диспергированного ферромагнетика; R–радиус феррочастиц, надежность и точность измерения М_S будут выше, если по полученным данным построить график зависимости M(1/H) и применить линейную аппроксимацию в области 1/H ≈ 0.

Кривая намагничивания

Для нахождения магнитных параметров χ и M_s баллистическим методом снимается кривая намагничивания M(H). При этом МЖ заполняет ампулу цилиндрической формы, длина которой значительно превосходит диаметр, что позволяет пренебречь размагничивающим полем. Приведем пример обработки кривой намагничивания.

Таблица 3.1.

В таблице 3.1. представлены физические параметры исследуемого образца МЖ-01, представляющего собой коллоидный раствор магнетита в керосине. В таблице использованы обозначения плотности – ρ, концентрации твердой фазы – φ, начальной магнитной восприимчивости – χ, намагниченности насыщения – M_s. Все параметры определены при температуре 31°С.

Полученная кривая намагничивания МЖ приведена на рисунке 3.2. В соответствии с функцией Ланжевена (L(ξ)=cth ξ - , М=n L(ξ), ) намагниченность насыщения достигается при ξ ~ 10. Представив кривую намагничивания в более крупном масштабе, можно убедиться, что ее начальеый участок действительно является прямолинейным. Начальная магнитная восприимчивость χ определяется по наклону начального участка кривой M(H).

Для нахождения намагниченности насыщения M_s, т.е. значения намагниченности образца при очень большой («насыщающей») напряженности магнитного поля Н на практике поступают следующим образом. В окрестности значений Н^-1 ≈ 0 методом линейной аппроксимации зависимости М (Н^-1) получают прямолинейный отрезок, экстраполяцией кторого до пересечения с осью ординат находят искомое значение M_s (рисунок 3.3).