Лабораторный практикум к спецкурсу «Методы исследования свойств твердых тел» Методические указания (стр. 10 )

3. Перерисовать на кальку с экрана осциллографа петлю гистерезиса.

4. Уменьшить напряжение в первичной обмотке до нуля, затем, посте­пенно увеличивая его, зарисовать петли гистерезиса при значениях тока I1  меньших тока, соответствующего техническому насыщению. При этом уси­ление по оси Y не должно уменьшится. Ux, и Uу измерить вольтметром.

5. По экспериментальным данным В(t)= f[H(t)] построить основную кривую технического насыщения Вa=f(Ha). (На - амплитуда намагничиваю­щего поля, Вa - амплитуда магнитной индукции).

6. Путем графического дифференцирования основной кривой вычис­лить дифференциальную магнитную проницаемость для различных

магнитных полей и построить график .

7. Определить из предельной петли гистерезиса остаточную индукцию Вr и коэрцитивтую силу Hc.

8. Рассчитать для предельной петли гистерезиса работу, затрачиваемую на перемагничивание магнетика (один цикл перемагничивания).

9.Получить петли гистерезиса для трансформаторного железа и феррита. Рассчитать работу, затрачиваемую на перемагничивание этих материалов.

Контрольные вопросы

1. Какая физическая причина упорядочения магнитных материалов атомов в ферромагнетиках?

2. Что такое намагниченность магнетика?

3. Что такое техническое насыщение магнетика?

4. Какая взаимосвязь существует между магнитным полем, намагниченностью, и магнитной индукцией?

5. Что такое температура Кюри?

6. Что такое магнитная проницаемость и как она зависит от напряженности магнитного поля?

       

Лабораторная работа 9

Определение  показателя  преломления  диэлектрика по  углу  Брюстера 

  Один из способов получения линейно поляризованного света ос­нован на явлении поляризации электромагнитной (световой) волны при отражении от диэлектрика.

  Опытным путем Брюстер показал, что отраженный от диэлектрика естественный свет полностью поляризован, если преломленный и отра­женный лучи образуют прямой угол. Тогда из закона преломления sin i/sin r=n, с учетом i+r=р/2 (см. рис.9.1), имеем:

  n = = = tg i  (9.1)

 

  рис.9.1

Отсюда видно, что при падении света на диэлектрик под некоторым

определенным уг­лом (угол Брюстера)

  tg iБр=n.  (9.2)

При этом отраженный луч поляризован пер­пендикулярно плоскости падения (это отме­чено точками на рис.6.I), а преломленный луч поляризован в плоскости падения.

  Из условия (9.2) с учетом поляризации отраженного луча  следует, что, если падающий на диэлектрик свет поляризован в плоскости падения, то при i=iБр  интенсивность отраженного света будет равна нулю. Это обстоятельство используется для определения угла Брюстера и показателя преломления диэлектрика.

  9.2. Выполнение работы

        1. На оптическую скамью устанавливают лазер Л и иссле­дуемый диэлектрик D (рис.9.2, вид сверху). Лазер дает излуче­ние, поляризованное в горизонтальной плоскости.

 

  рис.9.2

2.Диэлектрик повора­чивают  так, чтобы плоскость падения была строго горизон­тальна.

  3.После этого вращают диэлектрик вокруг вертикаль­ной оси, меняя угол падения и наблюдая за интенсивностью отраженного света на экране. Поскольку падающий свет поляризован в плоскости паления (горизон­тальная плоскость) отражения не будет наблюдаться, когда угол падения станет равным углу Брюстера. Измерив угол поворота диэлектрика б, определим .

  4. По углу Брюстера находим показатель преломления диэлектрика
n  (формула 9.2).

          5. Приведенная установка позволяет определить положение оси

поляроида (т. е. направление колебаний в прошедшем поляроид поляризованного света). Для этого поляроид устанавливается после лазера и вращается вокруг горизонтальной оси до тех пор, пока интенсивность прошедшего через него света не станет максимальной (экран устанавливается за поляроидом). При этом ось поляроида занимает горизонтальное положение. 

  Контрольные вопросы

1.Как поляризованы отраженный от диэлектрика и преломленный лучи?

2.Чем замечателен  угол Брюстера?

3.Как связан угол Брюстера с показателем преломления ди­электрика?

4.Как определить положение оси поляроида?

Лабораторная работа 10

Рентгенографическое исследование порошкового образца методом Дебая

МЕТОД ПОРОШКА (Дебая)— один из методов рентгеноструктурного анализа. Метод порошковых рентгенограмм входит в число классических методов исследования кристаллов. Удобство этого метода состоит в простоте приготовления образцов и в относительной быстроте получения структурной информации. Достоинством этого метода является простота получения рентгенограмм и их интерпретации.

1.Описание метода

В методе Дебая пучок монохроматических лучей падает на поликристаллический образец. Падающие лучи отражаются от тех кристаллитов, которые по отношению к направлению падающего пучка оказываются ориентированы так, что выполняется условие Вульфа-Брэггов

    (1.1)

где  d  – расстояние между соседними кристаллографическими плоскостями; 

и – угол, под которым наблюдается дифракция; 

n – порядок дифракции; 

л  – длина волны монохроматических рентгеновских лучей, падающих на кристалл.

Используются два способа регистрации дифракционной картины: фотографический  и дифрактометрический.

1. Исторически первым  методом регистрации дифрактограмм  являлся фотографический.  При этом сьемка проводится  в камерах Дебая (рис.1).

Рис.1. Камера Дебая

1 – держатель образца; 2 – коллиматор; 3 – подставка камеры; 4 – крышка камеры

  На оси камеры установлен держатель образца. Корпус камеры закрывается съемной крышкой. Камера с крышкой светонепроницаемы, что позволяет располагать в ней рентгеновскую пленку без черной защитной бумаги.

1.2. Дебаеграмма.  Лучи от всех кристалликов, у которых плоскости с данным межплоскостным расстоянием dhkl находятся в «отражающем положении», то есть удовлетворяют условию Вульфа – Брэггов, образуют вокруг первичного луча конус с углом растра 4и. Каждому dhkl соответствует свой дифракционный конус (рис.2,а). Пересечение каждого конуса дифрагированных рентгеновских лучей с полоской фотоплёнки, свёрнутой в виде цилиндра, ось которого проходит через образец, приводит к появлению на ней следов, имеющих вид дужек, расположенных симметрично относительно первичного пучка (рис. 2, б).

Рис. 2. Дифракционный метод Дебая: а − схема съемки поликристалла в цилиндрической камере (R − радиус камеры); б − рентгенограмма на фотопленке, полученная при съемке в цилиндрической камере

Дифракционная картина на пленке выглядит в этом случае как серия концентрических окружностей.

1.3.  Дифрактометр. Дальнейшее развитие метод порошка  получил при использовании рентгеновских дифрактометров (рис. 3 а, б).

\ Рис.3а. Рентгеновский дифрактометр

Рис. 3б. Порошковая рентгенограмма

  Рентгеновский дифрактометр включает:

1) Источник рентгеновского излучения. В качестве источника излучения используется рентгеновская трубка с железным анодом, длина волны  характеристического излучения Fe Kб л = 1,9373 А0  Значение тока и напряжения на рентгеновской трубке  -  I=10мА и U=25кВ соответственно.

2) Гониометр, в который помещают исследуемый образец. Гониометр необходим для измерения улов.

3) Детектор излучения и электронное измерительно-регистрирующее устройство. Детектором в рентгеновском дифрактометре служит не фотоплёнка, как в камере Дебая, а сцинтилляционный счётчик.

Кванты отраженного рентгеновского луча  возбуждают в счетчике импульсы тока, они преобразуются в импульсы напряжения. В рентгеновском дифрактометре рентгенограмма получается последовательным сканированием по углам и записью на ленту самописца.

Запись дифракционной картины производится на диаграммную ленту при непрерывной записи (рис.4) или, при регистрации «по точкам», регистрируется в виде набора  целых чисел, представляющих количество импульсов, посчитанных за определенный промежуток времени. Интенсивность при регистрации «по точкам» определяется делением количества импульсов на время (рис.5).

Рис.4 Диаграммная лента на самописце

Рис.5  Регистрация «по точкам»

1.4. Применение порошковых дифрактограмм

  Метод порошка позволяет определить параметры кристаллической решетки высшей, средней и отчасти низшей категории. С большой точностью метод порошка дает возможность производить качественный фазовый анализ, т. е. проводятся сравнения экспериментальных значений межплоскостных расстояний и относительных интенсивностей с эталонными рентгенограммами, так как каждое вещество имеет свою «картину» расположения линий на рентгенограмме (рис.6).  Метод порошка применяется при измерении внутренних напряжений в кристаллической структуре, позволяет определять кристаллические ориентировки (текстуры). Этот метод широко используется при изучении металлов и сплавов, диаграмм состояния.