Лабораторная работа №4
«Измерение магнитной восприимчивости образцов горных пород»
Цель работы. Освоение метода измерения магнитной восприимчивости и методики работы с прибором «ПИМВ».
Краткая теория.
Отношение магнитной восприимчивости к плотности горных пород называется удельной магнитной восприимчивостью , т.е.
(1)
Намагниченность горных пород обусловлена суммой элементарных магнитных моментов ее электронов, атомов и доменов.
Движение каждого электрона по орбите можно рассматривать как кольцевые элементарные токи, которые создают , ориентированные перпендикулярно к плоскости кольцевого тока. Произведение величины тока на площадь кольца называется магнитным моментом электрона. Он постоянен и равен 9,28·10-24 Дж/т.
Если все компенсируют друг друга, то при атом не намагничен, . Горные породы, состоящие из таких атомов, называются диамагнитными.
Если внести в магнитное поле с напряженностью любое вещество, то под действием данного поля электронные орбиты атомов этого вещества сместятся; у пара- и ферромагнетиков электронные орбиты атомов вытянутся в направлении вектора , а у диамагнетиков – в противоположную сторону, т.е. вещество намагнитится, .
При снятии магнитного поля пара- и ферромагнетики становятся намагниченными в направлении внешнего поля .
В зависимости от степени намагниченности горные породы подразделяются на диамагнетики, у которых ед. СИ (апатит, плагиоклаз, вода, уголь, галит, кальцит, кварц), парамагнетики с ед. СИ (воздух, доломит, пироксен, хромит) и ферромагнетики ед. СИ (γ-гематит, лимонит, магнетит, пирротин).
Сильная намагниченность ферромагнетиков объясняется наличием у них доменов – объемных образований с большими собственными магнитными моментами.
Внутреннее магнитное поле в веществе накладывается на внешнее (намагничивающее поле) и напряженность суммарного поля(внешнего и внутреннего) называется магнитной индукцией .
(2)
где - намагниченность вещества, является функцией от ;
- магнитная проницаемость вакуума Гн/м.
Для парамагнетиков существует линейная зависимость намагниченности от в широком диапазоне , т.е.
(3)
а для магнитной проницаемости существует зависимость
(4)
Устройство пимв и работа прибора
При исследовании магнитных свойств широкое распространение получил индукционный метод измерения магнитной восприимчивости горных пород в переменном магнитном поле (рис. 1).
Метод основан на том, что при внесении магнитной среды или образца в рабочую область датчика изменяется поток магнитной индукции в одном из плеч мостовой схемы датчика. Появляется ток разбаланса дифференциальной схемы, который пропорционален кажущейся магнитной восприимчивости образца.
(5)
Коэффициент размагничивания зависит от типа и параметров датчика, формы и размеров исследуемого образца.
Достоинства индукционного метода состоят в том, что он позволяет измерять горных пород непосредственно в полевых условиях, остаточная намагниченность не оказывает влияния на результат измерения. Индукционные средства измерений характеризуются высокой чувствительностью, воспроизводимостью и производительностью измерений.
В лабораторной работе мы будем знакомиться с методикой измерений с помощью полевого измерителя магнитной восприимчивости – ПИМВ. ПИМВ имеет датчик накладного типа и предназначен для измерений горных пород как по образцам, так и в естественном залегании на обнажениях; ПИМВ используется также при проведении геологического картирования. На рис. 1 показана принципиальная схема датчика прибора.
Градуировка прибора выполняется с помощью стандартного образца магнитной восприимчивости СОМВ.
Рис. 1. Принципиальная схема датчика прибора ПИМВ. 1 – сердечник, 2 – катушки возбуждения, 3 – измерительная катушка |