Измерение магнитной восприимчивости методом Гуи

Установка Гуи, эксплуатируемая в лаборатории магнетохимии, собрана нами главным образом из стандартного оборудования и включает в себя следующие элементы:

• 1. Электромагнит.
• 2. Каретка перемещения электромагнита.
• 3. Источник питания электромагнита.
• 4. Электронные весы.

Электромагнит типа ФЛ-1 и каретка перемещения электромагнита точно такие же, как описано ранее в методе Фарадея.

Источник питания электромагнита стандартный, производства фирмы Statron. Он может работать и как стабилизатор напряжения, и как стабилизатор тока. В нашей установке он используется как стабилизатор тока и позволяет плавно изменять величину постоянного тока от 0 до 5 ампер.

Электронные весы, используемые в установке, также промышленного производства (модель ВЛЭ-200). Эти весы в отличие от обычных аналитических весов имеют обратную связь, поэтому колебания коромысла весов практически отсутствуют.

Масса образца выводится на шкалу в весовых единицах с точностью до 0.1 мг. В весах предусмотрен вывод на самописец. Работа весов подробно описана в инструкции к ним.

К левой чашке весов прикреплена капроновая жилка, заканчивающаяся держателем для ячейки (трубки Гуи или ампулы Гуи). Длина нити такова, что нижний конец ампулы находится примерно в середине межполюсного зазора, где магнитное поле наиболее однородно. Ампула выполнена из стекла, её диаметр 10 мм, а длина 200 мм. В такой ампуле очень удобно проводить измерения магнитной восприимчивости жидких образцов или растворов.

Как и в методе Фарадея, в методе Гуи измерения магнитной восприимчивости проводят относительным методом, поэтому необходима предварительная калибровка установки по эталону. Для расчёта используют формулы (19) или (20), в зависимости от того, в какой атмосфере находится образец. Чаще всего восприимчивостью среды пренебрегают и используют формулу (19). В этой формуле сила F является величиной, связанной только с образцом (или эталоном), и не включает в себя силу, действующую на ячейку.

Поэтому в расчётах как калибровочной постоянной, так и магнитной восприимчивости образца необходимо вводить поправку на величину Fяч. Её находят по формуле (28):

(28).

где Gh — масса пустой ампулы в магнитном поле;

Gо — масса пустой ампулы вне магнитного поля.

Калибровочную постоянную установки определяют по формуле (29):

(29).

где mэт — масса эталона;

F’эт = Fэт — Fяч — сила, действующая на эталон в магнитном поле;

Fэт = Gh, эт — Gо, эт — сила, действующая на ячейку с эталоном в магнитном поле;

Gh, эт — масса ячейки с эталоном в магнитном поле;

Gо, эт — масса ячейки с эталоном без магнитного поля;

чg, эт — удельная магнитная восприимчивость эталона.

Магнитную восприимчивость определяют по формуле (30):

(30).

где mэт — масса образца;

F' = F — Fяч — сила, действующая на образец в магнитном поле;

F = Gh — Gо — сила, действующая на ячейку с образцом в магнитном поле;

Gh — масса ячейки с образцом в магнитном поле;

Gо — масса ячейки с образцом без магнитного поля.

Формулы (29) и (30) применимы лишь в том случае, если длина L эталона и образца одинаковы.

Изучение магнитных свойств вещества в растворе

Магнитная восприимчивость аддитивна. Поэтому восприимчивость раствора ч12 может быть выражена через восприимчивость растворителя ч1, растворённого вещества ч2 и массовую долю растворителя f по формуле (31):

(31).

(32).

(33).

где m1 — масса растворителя;

m2 — масса растворённого вещества;

f1 — массовая доля растворителя;

f2 — массовая доля растворённого вещества.

Измерив, как описано выше, на установке Гуи магнитную восприимчивость растворителя ч1 и раствора ч12, по формуле (33) рассчитывают магнитную восприимчивость растворённого вещества ч2, определив предварительно по формуле (32) его массовую долю в растворе.

Обработку результатов эксперимента можно произвести на ЭВМ с использованием имеющейся в лаборатории магнетохимии программы.