Протонный магнитометр
Цель работы.
В данной лабораторной работе изучают устройство протонного магнитометра, собирают схему установки, производят измерение напряженности магнитного поля. Протонный магнитометр применяют для измерения напряженности магнитного поля. Этот прибор характеризуется высокой чувствительностью и точностью.
Общие сведения.
Протоны обладают собственным магнитным моментом и в магнитном поле ориентируются по направлению вектора магнитного поля в данной точке. Большое количество протонов содержится в обычной воде, т.к. ион водорода является протоном.
Если поместить водуво вспомогательное поле, то протоны устанавливаются в в соответствии с направлением вектора напряженности этого магнитного поля. После выключения вспомогательного магнитного поля протоны остаются в магнитном поле, напряженность которого требуется измерить. Вспомогательное магнитное поле должно иметь напряженность значительно больше, чем измеряемое, В этом случае протоны, установленные ранее во вспомогательное поле, разупорядочиваются, вращаясь при этом вокруг вектора напряженности измеряемого поля (прецессируют). Поместив протоны в индуктивность, получаем ЭДС, поскольку вращающиеся протоны создают переменное магнитное поле, в котором находятся витки индуктивности. Частота вращения протонов зависит от напряженности измеряемого магнитного поля.
|
|
Н = с.ν,(1)
где Н – напряженность поля, А/м, ν – частота, Гц, константа пропорциональности.
Следовательно, измеряя частоту ωЭДС, возникшую в индуктивности, можно по формуле(l) определить модуль вектора напряженности измеряемого магнитного поля.
Методика эксперимента.
В качестве измерительного прибора используют осциллограф.
Для создания вспомогательного поля применяют индуктивность и источник питания постоянного тока. Схема экспериментальной установки показана на рисунке 1.
Методика эксперимента.
В качестве измерительного прибора используют осциллограф.
Для создания вспомогательного поля применяют индуктивность и источник питания постоянного тока. Схема экспериментальной установки показана на рисунке 1.
Собирают экспериментальную установку по схеме, показанной на рис. 1. В индуктивность (4) помещают пробирку (сосуд) с водой (5). Переключатель (2) ставят в положение, при котором источник питания (1) подключается к индуктивности. Регулируя ток, подаваемый на индуктивность, устанавливают заданное значение напряженности измеряемого магнитного поля. После установления протонов по направлению вектора напряженности измеряемого магнитного поля, на что уходит 5-10 секунд, переключатель ставят в положение, при котором индуктивность подключается к осциллографу (4). Ни экране осциллографа устанавливается картина периодического процесса. Измеряя период этого процесса, вычисляют его частоту.
|
|
По данной методике измеряют напряженность магнитного поля Земли в точке нахождения измерительной индуктивности.
Для измерения напряженности магнитного поля другого источника измерительную индуктивность с водой помещают в это магнитное поле, например, для измерения напряженности магнитного поля постоянного магнита его помещают вблизи измерительной индуктивности.
Обработка результатов измерений.
Результаты измерений заносят в таблицу.
Величина тока | Индуктивность катушки | Частота колебаний | Напряженность магнитного поля | ||
1. Установление магнитного поля источником питания поля | |||||
2. Измерение напряженности поля Земли | |||||
3. Измерение напряженности внешнего магнитного поля |
Каждый опыт повторяют по 5-7 раз, обрабатывая результаты стандартным способом.
Т ехника безопасности.
При переключении из положения (б) в положение (7) следует выдержать паузу в 2-3 секунды, т.к. в противном случае ЭДС самоиндукции попадает в осциллограф и может его испортить. Проверить заземление осциллографа. Установку перед запуском показать преподавателю.