Fizyka 2 - sprawozdanie z ćw. 34 laboratorium fizyki PDF

Preview

Summary

Sprawozdanie z ćw. 34 - Wyznaczanie podatności magnetycznej paramagnetyków i diamagnetyków....

Description

Ćwiczenie nr : 34

LABORATORIUM FIZYKI 1 Data : 20.04.2016 Wydział :

Grupa :

WIP

ID-A0-41

Zespół : Przygotowanie :

1

Temat ćwiczenia : WYZNACZANIE PODATNOŚCI MAGNETYCZNEJ PARAMAGNETYKÓW I DIAMAGNETYKÓW

Punktacja :

Nazwisko i imię : Sprawozdanie :

Suma punktów :

1

1. Wstęp Celem ćwiczenia było zbadanie czterech próbek wykonanych z różnych materiałów oraz wyznaczenie ich podatności magnetycznej X. Podatność magnetyczna jest zależnością między wektorem namagnesowania, a wektorem natężenia pola H.

2. Układ pomiarowy

2

3. Przebieg ćwiczenia – pomiar średnicy próbek Próbka 1 2 3 4

Pola powierzchni próbek Średnica [mm] Pole S [mm2] 9,4 69,39778172 9,8 75,42963961 9,4 69,39778172 9,4 69,39778172

Pomiar średnicy dokonywany był suwmiarką, której dokładności wynosi: △ d =0,1 mm

Natomiast niepewność to: u ( d )=

√

(△ d)2 =57,74 ∙ 10−3 mm 3

Zatem niepewność pomiaru średnicy to: u ( S )=

√(

u ( S )=

( ∂∂ Sd) ∙ u ( d )= 21 ∙ π ∙ d ∙ u ( d )

)

2

( )

2

∂S ∂S ∙u2 ( π ) + ∙u2 ( d ) ∂π ∂d

Próbk a 1 2 3 4

Średnica [mm] 9,4 9,8 9,4 9,4

Pole S [mm2]

u(S) [mm2]

69,39778172 75,42963961 69,39778172 69,39778172

0,85212692 0,88838764 0,85212692 0,85212692

3

4. Przebieg ćwiczenia – odczytanie wartości indukcji magnetycznej Na postawie wykresu B(I) odczytaliśmy wartości indukcji, dla natężeń prądów, przy których dokonywane były pomiary: I [A] 3 6 9 12 15 18

B [mT] 70,3125 137,5 209,375 273,4375 329,6875 379,6875

Z wykresu odczytaliśmy również niepewności, która wynosiła: u ( B )=0,01 T

5. Przebieg ćwiczenia – pomiar sił dla różnych wartości natężenia prądu w elektromagnesie

Próbka 2

Próbka 1

Poniżej w tabelach zostały przedstawione wyniki pomiarów sił wraz z ich opracowaniem – wartością średnią oraz odchyleniem standardowym, której jest niepewnością ich pomiaru. Natężenie prądu I [A]

Siła pomiar 1 [uN]

Siła pomiar 2 [uN]

Siła pomiar 3 [uN]

0

-1

-2

-5

3

-26

-27

-31

6

-88

-92

-95

9

-198

-203

-205

12 15 18

-345 -522 -717

-342 -511 -717

Natężenie prądu I [A] 0 3

Siła pomiar 1 [uN] -3 380

Siła pomiar 2 [uN] -3 379

Średnia z sił F [N] -2,66667E06 -0,000028 -9,16667E05

-0,000202 0,00034233 -340 3 -509 -0,000514 -717 -0,000717

Siła Średnia z pomiar 3 sił F [N] [uN] -3 -0,000003 377 0,00037866 7

u(F) 2,08167E06 2,64575E06 3,51188E06 3,60555E06 2,51661E06 0,000007 0

u(F) 0 1,52753E06 4

Próbka 3 Próbka 4

6

1299

1295

7 12

2475 3668

2472 3678

15

5319

5326

18

6899

6902

0,00129633 3 0,00247133 2467 3 3676 0,003674 0,00532166 5320 7 0,00689733 6891 3 1295

Natężenie prądu I [A]

Siła pomiar 1 [uN]

Siła pomiar 2 [uN]

Siła pomiar 3 [uN]

0

0

3

4

3

4

7

6

6

6

5

6

2,33333E06 5,66667E06 5,66667E06

9 12 15

3 -15 -19

5 -13 -20

-2 -14 -21

0,000002 -0,000014 -0,00002

18

-25

-26

-30

-0,000027

Natężenie prądu I [A]

Siła pomiar 1 [uN]

Siła pomiar 2 [uN]

Siła pomiar 3 [uN]

0

-3

-2

-3

3

3

1

-2

6 9

2 8

0 7

-1 6

12 15

24 43

24 44

19 42

18

68

65

63

Średnia z sił F [N]

Średnia z sił F [N] -2,66667E06 6,66667E07 3,33333E07 0,000007 2,23333E05 0,000043 6,53333E05

2,3094E-06 4,04145E06 5,2915E-06 3,78594E06 5,68624E06 u(F) 2,08167E06 1,52753E06 5,7735E-07 3,60555E06 0,000001 0,000001 2,64575E06 u(F)

5,7735E-07 2,51661E06 1,52753E06 0,000001 2,88675E06 0,000001 2,51661E06

Pomiar natężenia prądu wykonywany był amperomierzem, którego niepewność była następująca: AMPEROMIERZ klasa 0,5 zakres 30 liczba 60 działek 5

Dokładność wzorcowania wynosiła: △ x=

klasa ∙ zakres =0,15 A 100

Dokładność eksperymentatora: △ xe=

zakres =0,25 A 2∙ liczba działek

Niepewność złożona:

√

2

2 △ x △ xe =0,168325 A + u ( x )= 3 3

6

6. Przebieg ćwiczenia – obliczenie podatności magnetycznej Bazując na wzorze

F=

B2 ∙ S ∙χ 2∙ μ0

oraz znając wartości indukcji B, pola

powierzchni S oraz przyjmując wartość przenikalności magnetycznej próżni μ0=¿ 1,25664 * 10-6 możemy obliczyć wartości wyrażenia

x=

B2 ∙ S 2∙ μ0

dla

poszczególnych pomiarów. Niepewności tych obliczeń określamy jako: u(x )=

u ( x )=

√(

√(

2

)

( )

)

( )

2

∂X ∂X 2 2 ∙u ( B ) + ∙ u( S ) ∂B ∂S 2

2

2

2 B 2 S∙B ∙u (B ) + ∙ u (S) 2 ∙ μ0 μ0

Natężeni x e prądu I [Tm3/H] [A] 0 0 0,14837 3 72 0,56742 6 38 1,31568 7 47 12 2,24397 66

u(x) [Tm3/H] 0 0,03886624 1 0,07620445 9 0,11657872 5 0,15311890 7 0,18576215 6

Próbka 3

Natężeni x e prądu I [Tm3/H] [A] 0 0 0,13651 3 2 0,52204 6 88 1,21047 9 38 2,06453 12 32 3,00130 15 89 3,98068 18 97

0,21530401 u(x) [Tm3/H] 0 0,04224124 2 0,08280449 8 0,12662903 6 0,16624507 5

Próbka 4

Próbka 2

Próbka 1

Obliczone wartości x wraz z ich niepewnościami przedstawia tabela: Natężeni x e prądu I [Tm3/H] [A] 0 0 0,13651 3 2 0,52204 6 88 1,21047 9 38 2,06453 12 32 3,00130 15 89 3,98068 18 97 Natężeni x e prądu I [Tm3/H] [A] 0 0 0,13651 3 2 0,52204 6 88 1,21047 9 38 12 2,06453 32

u(x) [Tm3/H] 0 0,0388662 41 0,0762044 59 0,1165787 25 0,1531189 07 0,1857621 56 0,2153040 1 u(x) [Tm3/H] 0 0,0388662 41 0,0762044 59 0,1165787 25 0,1531189 07 7

15

3,26217 0,20159009 41 4

15

18

4,32668 0,23353489

18

3,00130 89 3,98068 97

0,1857621 56 0,2153040 1

Mając wszystkie powyższe wartości możemy sporządzić wykresy na podstawie zależności

F=

B2 ∙ S ∙χ 2∙ μ0

odpowiednio: y=F

gdzie w równaniu prostej y=a+bx

, x=

B2 ∙ S , 2∙ μ0

współczynniki to

b= χ .

8

10

Wartości odczytane z powyższych wykresów: Próbka 1: χ=−167,936 ∙ 10

−6

u A ( χ ) =3,05893 ∙ 10−6 −6

χ=(−167,9 ± 6,2)∙10

Próbka 2: χ=0,00157

u A ( χ ) =4,68216 ∙10

−5

Próbka 3: χ=−9,99104 ∙10−6 −7

u A ( χ ) =9,35429 ∙10

χ=(−9,99 ± 0,94)∙10−6

Próbka 4: χ=15,301 ∙10

−6

u A ( χ ) =1,376261 ∙ 10−6

χ=(15,3 ±2,8)∙10−6

11

7. Wnioski  Korzystając z tablic materiałowych możemy na postawie obliczonych wartości podatności magnetycznej próbować dopasować materiał badanych próbek i tak oto:  Próbka 1 – osiągnięta wartość to χ=(−167,9 ± 6,2)∙10−6 przy czym dla grafitu wartość tablicowa to χ=−160 ∙ 10−6 , zatem jest to wartość zbliżona.  Próbka 4 - osiągnięta wartość to χ=(15,3 ±2,8)∙10−6 przy czym dla aluminium wartość tablicowa to χ=−16,5 ∙ 10−6 , zatem jest to wartość zbliżona.  Próbka 3 – Wartość dla próbki 3 nie odpowiada żadnemu z pierwiastków w tablicach. Na podstawie badania wizualnego możemy przypuszczać że była to miedź, jednak wynik tego nie potwierdza. Powodów tego może być wiele, jednym z nich jest np. zbyt mała dokładność urządzenia pomiarowego lub niesymetryczne ułożenie próbki w urządzeniu, co mogło objawić się błędem grubym w pomiarach.  Próbka 2 - Wartość dla próbki 2 nie odpowiada żadnemu z pierwiastków w tablicach. Na podstawie badania wizualnego możemy przypuszczać że była to mosiądz, takie przypuszczenie potwierdzałoby brak możliwości zidentyfikowania pierwiastka w tablicach, z powodu faktu, iż mosiądz jest stopem i w zależności od wartość X będzie różna. Innym powodem rozbieżności może być np. zbyt mała dokładność urządzenia pomiarowego lub niesymetryczne ułożenie próbki w urządzeniu, co mogło objawić się błędem grubym w pomiarach.  Na podstawie wyznaczonych wartości podatności magnetycznej można stwierdzić, że próbka 1 oraz 3 jest materiałem o właściwościach diamagnetycznych, natomiast próbka 4 – o właściwościach paramagnetycznych.  Charakter pomiarów, a konkretnie fakt, że wielkości mierzone były wielkościami bardzo małymi powodował, iż cały układ pomiarowy narażony był na wiele zakłóceń, które znacząco mogły wpłynąć na wyniki pomiarów. 12...