古埃磁天平

埃磁天平的工作原理，如下（圖一）所示。將圓柱形樣品管（內(nèi)裝粉末狀或液體樣品），懸掛在分析天平的底盤上，使樣品管底部處于電磁鐵兩極的中心（即處于均勻磁場區(qū)域），此處磁場強度大。樣品的頂端離磁場中心較遠，磁場強度很弱，而整個樣品處于一個非均勻的磁場中。但由于沿樣品的軸心方向，即圖示z方向，存在一個磁場強度 H/ z，故樣品沿z方向受到磁力的作用，它的大小為：

磁天平 古埃（Gouy）磁天平 古埃磁天平 型號：HAD-IA

古埃（Gouy）磁天平的特點是結(jié)構簡單，靈敏度高。用古埃磁天平測量物質(zhì)的磁化率進而求得磁矩和未成對電子數(shù)，這對研究物質(zhì)結(jié)構有著重要的意義。

一、工作原理

古埃磁天平的工作原理，如下（圖一）所示。將圓柱形樣品管（內(nèi)裝粉末狀或液體樣品），懸掛在分析天平的底盤上，使樣品管底部處于電磁鐵兩極的中心（即處于均勻磁場區(qū)域），此處磁場強度大。樣品的頂端離磁場中心較遠，磁場強度很弱，而整個樣品處于一個非均勻的磁場中。但由于沿樣品的軸心方向，即圖示z方向，存在一個磁場強度 H/ z，故樣品沿z方向受到磁力的作用，它的大小為：

（圖一）古埃磁天平工作原理示意圖

式中H為磁場中心磁場強度，H₀為樣品頂端處的磁場強度， 為樣品體積磁化率， _空為空氣的體積磁化率，S為樣品的截面積（位于x、y平面），μ₀為真空磁導率。

通常H₀即為當?shù)氐牡卮艌鰪姸龋s為40A·m^－1，一般可略去不計，則作用于樣品的力為：

由于天平分別稱裝有被測樣品的樣品管和不裝樣品的空樣品管在有外加磁場和無外加磁場時的質(zhì)量變化，則有：

△m=m_磁場－m_無磁場 （－3）式

顯然，某一不均勻磁場作用于樣品的力可由下式計算：

于是有：

整理后得：

物質(zhì)的摩爾磁化率為： 而

故：

式中：h為樣品的實際高度，m為無外加磁場時樣品的質(zhì)量，M為樣品的摩爾質(zhì)量， 為樣品密度（固體樣品指裝填密度）。

（－7）式中真空磁導率μ₀=4π×10^－7N·A^－2；空氣的體積磁化率 _空=3.64×10^－7（SI單位），但因樣品管體積很小，故常予忽略。該式右邊的其它各項都可通過實驗測得，因此樣品的摩爾磁化率可由（－7）式算得。

（－7）式中磁場兩極中心處的磁場強度H，可使用面板上的特斯拉計測量，或用已知磁化率的標準物質(zhì)進行間接測量。

常用的標準物質(zhì)有莫爾氏鹽（NH₄）SO₄·FeSO₄·6H₂O、CuSO₄·5H₂O等。例如莫爾氏鹽的 _M與熱力學溫度T的關系式為：

二、 儀器的結(jié)構及使用

（一）HD—Ⅰ_A型古埃磁天平結(jié)構

如（圖二）所示，它是由電磁鐵、穩(wěn)流電源、數(shù)字式毫特斯拉計、照明等構成。該儀器主要技術指標參考如下：

磁極直徑：40mm

磁隙寬度：0～40mm

磁場穩(wěn)定度：優(yōu)于0.01h^－1

勵磁電流工作范圍：0～10A

勵磁電流工作溫度：＜60°

功率總消耗：約300W

（二）磁場

儀器的磁場：由電磁鐵構成，磁極材料用軟鐵，在勵磁線圈中無電流時，剩磁為小。磁為雙截錐的圓錐體，

極的端面須平滑均勻，使磁極中心磁場強度盡可能相同。磁極間的距離連續(xù)可調(diào)，便于實驗操作。

（圖二）磁天平結(jié)構圖

1、電流表 2、特斯拉計 3、勵磁電流調(diào)節(jié)旋鈕

4、樣品管 5、電磁鐵 6、清零

7、電源開關 8、磁場強度校正

后面板圖如下：

（三）穩(wěn)流電源

勵磁線圈中的勵磁電流由穩(wěn)流電源供給。電源線路設計時，采用了電子反饋技術，可獲得很高的穩(wěn)定度，并能在較大幅度范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)其電流強度。

（四）分析天平（自配）

HAD-Ⅰ_A型古埃磁天平需自配分析天平。在作磁化率測量中，常配電子天平。在安裝時，將電子天平底部中間的一螺絲擰開，里面露出一掛鉤，將一根細的尼龍線一頭系在掛鉤上，另一頭與樣品管連接。

注：電子天平底部帶掛鉤。

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