铁棒的磁化实验报告Word文档格式.docx
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线圈受力沿顺时针方向转动,能靠惯性转过平衡位置,但不能继续转动下去,最终返回平衡位置,电流表有示数
电动机利用通电线圈在磁场力受到的力的作用而转动的原理制成,是把电能转化为机械能的装置。
(5)磁体周围的磁场分布
指南针条形磁铁
1把条形磁铁横放
2把指南针放在它周围,观察指针方向
指南针在条形磁铁不同的方向,指针都会偏向不同的方向,但都指向了磁场的方向
磁场间的相互作用就是通过它们各自的磁场而发生的。
磁场对放入其中的磁体产生磁力作用。
磁场有方向,在磁场周围的不同位置,磁场方向不同。
篇二:
磁化率测定实验报告
深圳大学实验报告
课程名称:
物理化学实验
实验项目名称:
演示实验磁化率测定
学院:
化学与化工学院
专业:
指导教师:
报告人:
学号:
班级:
实验时间:
20XX年06月05日
实验报告提交时间:
20XX年06月18日
教务处制
Ⅰ、实验目的
1、测定物质的摩尔磁化率,推算分子磁矩,估计分子内未成对电子数,判断分子配键的类型。
2、掌握古埃(gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。
Ⅱ、实验原理
1、摩尔磁化率和分子磁矩
物质在外磁场h0作用下,由于电子等带电体的运动,会被磁化而感应出一个附加磁场h。
物质被磁化的程度用磁化率χ表示,它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关
:
χ为无因次量,称为物质的体积磁化率,简称磁化率,表示单位体积内磁场强度的变化,反映了物质被磁化的难易程度。
化学上常用摩尔磁化率χm表示磁化程度,它与χ的关系为
式中m、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。
χ
m的单位为
m3·
mol
-1
。
物质在外磁场作用下的磁化现象有三种:
第一种,物质的原子、离子或分子中没有自旋未成对的电子,即它的分子磁矩,μm=0。
当它受到外磁场作用时,内部会产生感应的“分子电流”,相应产生一种与外磁场方向相反的感应磁矩。
如同线圈在磁场中产生感生电流,这一电流的附加磁场方向与外磁场相反。
这种物质称为反磁性物质,如hg,cu,bi等。
它的χm称为反磁磁化率,用χ反表示,且χ反 第二种,物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子,它的电子角动量总和不等于零,分子磁矩μm
≠0。
这些杂乱取向的分子磁矩
在受到外磁场作用时,其方向总是趋向于与外磁场同方向,这种物质称为顺磁性物质,如mn,cr,pt等,表现出的顺磁磁化率用χ顺表示。
但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩,因此它的χm是顺磁磁化率χ顺。
与反磁磁化率χ反之和。
因|χ顺|?
|χ反|,所以对于顺磁性物质,可以认为χm=χ顺,其值大于零,即χm>
0。
第三种,物质被磁化的强度随着外磁场强度的增加而剧烈增强,而且在外磁场消失后其磁性并不消失。
这种物质称为铁磁性物质。
对于顺磁性物质而言,摩尔顺磁磁化率与分子磁矩μm关系可由居里-郎之万公式表示:
式中L为阿伏加德罗常数(6.022×
1023mol1),、k为玻尔兹曼常数(1.3806×
10-23J·
K1),μ0为真空磁导率
--
(4π×
107n·
A2,T为热力学温度。
式((2-136)可作为由实验测定磁化率来研究物质内部结构的依据。
分子磁矩由分子内未配对电子数n决定,其关系如下:
-
式中μb为玻尔磁子,是磁矩的自然单位。
μb=9.274×
10-24J·
T-1(T为磁感应强度的单位,即特斯拉)。
求得n值后可以进一步判断有关络合物分子的配键类型。
例如,Fe2+离子在自由离子状态下的外层电子结
+
构为3d64s04p0。
如以它作为中心离子与6个h20配位体形成[Fe(h20)6]2+络离子,是电价络合物。
其中Fe2离子仍然保持原自由离子状态下的电子层结构,此时n=4。
见图2-63所示:
如果Fe离子与6个cn离子配位体形成[Fe(cn)6]络离子,则是共价络合物。
这时其中Fe离子的外电子层结构发生变化,n=0。
见图2-64所示:
2+
4-2+
显然,其中6个空轨道形成dsp的6个杂化轨道,它们能接受6个cn离子中的6对孤对电子,形成共价配键。
2
3
2、摩尔磁化率的测定
本实验用古埃磁天平测定物质的摩尔磁化率χm,测定原理如图2-65所示。
一个截面积为A的样品管,装入高度为h、质量为m的样品后,放入非均匀磁场中。
样品管底部位于磁场强度最大之处,即磁极中心线上,此处磁场强度为h。
样品最高处磁场强度为零。
前已述及,对于顺磁性物质,此时产生的附加磁场与原磁场同向,即物质内磁场强度增大,在磁场中受到吸引力。
设χ0为空气的体积磁化率,可以证明,样品管内样品受到的力为:
以式((2-135)代入式((2-138),并考虑到ρ=m/hA,而χ0值很小,相应的项可以忽略,可得
在磁天平法中利用精度为0.1mg的电子天平间接测量F值。
设△m0为空样品管在有磁场和无磁场时的称量值的变化,△m为装样品后在有磁场和无磁场时的称量值的变化,则
式中、g为重力加速度(9.81m·
s2)。
将式(2-139)代入式(2-140),可得
磁场强度h可由特斯拉计或cT5高斯计测量。
应该注意,高斯计测量的实际上是磁感应强度b,单位为T(特斯拉),1T=104高斯。
磁场强度
h可由b=μ0h关系式计算得到,h的单位为A·
m1。
也可用已知磁化率的莫尔氏盐标定。
莫尔氏盐的摩尔磁化率?
m与热力学温度T的关系为:
b
式中m为莫尔氏盐的摩尔质量((kg·
mol1)。
Ⅲ、实验仪器和样品
Ⅳ、实验步骤
1、打开磁天平预热10分钟,打开电子天平的电源,并按下“清零”按钮;
2、将探头固定件固定在两磁体中间,并且用测量杆检查两磁头间隙为20mm,并使试管尽可能在两磁头中间;
3、电源调节旋钮旋左旋到底,励磁电流显示为:
“0000”;
4、取一支清洁、干燥的空样品管,悬挂在天平一端的挂钩上,使样品管的底部在磁极中心连线上。
关上磁天平的门,按“清零”。
准确称量空样品管;
5、慢慢调节磁场强度为300(mT),等电子天平读数稳定之后,读取电子天平的读数和磁电流的读数;
6、慢慢调节磁场强度读数至350(mT),读取电子天平的读数和磁电流的读数;
7、慢慢调节磁场强度读数高至370(mT),然后下降至350(mT),读取电子天平的读数和磁电流的读数。
8、将磁场强度读数降至300(mT),读取电子天平的读数和磁电流的读数;
9、再将磁场强度读数调至最小,读取电子天平的读数和磁电流的读数;
10、取下样品管,装入莫尔氏盐(在装填时要不断将样品管底部敲击木垫,使样品粉末填实),直到样品高度
约15cm为止。
准确测量样品高度h,按照上面的步骤分别测量其在0(mT)、300(mT)、350(mT)时候电子天平的读数和磁电流的读数;
(上述调节电流由小到大、再由大到小的测定方法,是为了抵消实验时磁场剩磁现象的影响。
)
11、样品的摩尔磁化率测定:
用标定磁场强度的样品管装入样品硫酸亚铁Fes04·
7h20,按上述相同的步骤
测量其在0(mT)、300(mT)、350(mT)时候电子天平的读数和磁电流的读数。
Ⅴ、实验数据记录
Ⅵ、实验数据处理
用excel专用程序处理数据,得到数据为:
核对磁场强度h/(A*m-1)=3.389e+05A/m
Feso4.7h2o的磁化率/(m3*mol-1)=7.705e-08m3/mol永久磁矩um/(Am2)=3.56683e-23Am2n(n+2)=14.8
未成对电子数3.0
表格整理的:
Ⅶ、实验思考題
1、本实验中为什么样品装填高度要求在12cm左右?
答:
为了实验能够更加准确顺利地进行。
2、在不同的励磁电流下测定的样品摩尔磁化率是否相同?
为什么?
实验结果若有不同应如何解释?
无关,由上式可以看出,磁化率只跟无因此量x,物质的摩尔质量和密度有关,跟电流无关。
如果实验结果不同,可能是1.试验仪器不够精确,2.试验操作上有误差。
3.天平是否水平位置。
篇三:
磁化率的测定实验报告
华南师范大学实验报告
课程名称结构化学实验实验项目磁化率的测定
一、【目的要求】
1.掌握古埃(gouy)磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。
2.通过对一些配位化合物磁化率的测定,计算中心离子的不成对电子数.并判断d电子的排布情况和配位体场的强弱。
二、【实验原理】
(1)物质的磁性
物质在磁场中被磁化,在外磁场强度h(A·
m-1)的作用下,产生附加磁场。
这时该物质内部的磁感应强度b为:
b=h+4πI=h+4πκh
(1)式中,I称为体积磁化强度,物理意义是单位体积的磁矩。
式中κ=I/h称为物质的体积磁化率。
I和κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ,σ=I/ρ称为克磁化强度;
χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。
χm=Κm/ρ称为摩尔磁化率。
这些数据是宏观磁化率。
在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm,帖磁性研究中常用到I、σ。
物质在外磁场作用下的磁化有三种情况
1.χm<o,这类物质称为逆磁性物质。
2.χm>o,这类物质称为顺磁性物质。
(2)古埃法测定磁化率
古埃法是一种简便的测量方法,主要用在顺磁测量。
简单的装置包括磁场和测力装置两部分。
调节电流大小,磁头间距离大小,可以控制磁场强度大小。
测力装置可以用分析天平。
样品放在一个长圆柱形玻璃管内,悬挂在磁场中,样品管下端在磁极中央处,另一端则在磁场为零处。
样品在磁场中受到一个作用力。
df=κhAdh
式中,A表示圆柱玻璃管的截面积。
样品在空气中称重,必须考虑空气修正,即
dF=(κ-κ0)hAdh
κ0表示空气的体积磁化率,整个样品的受力是积分问题:
F=
?
h
h0
(?
?
0)hAdh?
12(?
0)A(h2?
h0)
(2)2
因h0<<h,且可忽略κ0,则
1
Ah2(3)2
式中,F可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。
F=(?
m样-m空)g(4)
式中,?
m样为样品管加样品在有磁场和无磁场时的质量差;
m空为空样品管在有磁场和无磁场时的质量差;
g为重力加速度。
则有,?
2F
Ah2
m?
而
mm
样品
,Ah,h为样品高度,A为样品管截面积,m样品为样品质量。
m2?
m-?
ghm
m2样空
m样品m样品h2
(5)
只要测量样品重量的变化。
磁场强度h以及样品高度h,即可根据式(5)计算样品的摩尔
磁化率。
其中,莫氏盐的磁化率符合公式:
1.1938
*10?
-4(6)
T?
1
(3)简单络合物的磁性与未成对电子
对于第一过渡系列元素络合物,它们的磁矩实验值大多符合
n(n?
2)?
b(7)
式中,n是分子中未成对电子数;
μb是电子磁矩的基本单位,称为波尔磁子。
10-24J/T
而磁矩μb与摩尔顺磁磁化率Χm之间有如下关系:
nA?
m
×
4Π×
10-7(8)?
3KT
式中,nA为阿伏伽德罗常数;
K为玻兹曼常数;
T为绝对温度。
三、【仪器与试剂】
(1)仪器磁天平一台,样品管一支,直尺一把,温度计一支。
(2)试剂莫尔氏盐(nh4)2so4·
Feso4·
6h2o(分析纯);
硫酸亚铁Feso4·
7h2o(分析纯);
亚铁氰化钾K4Fe(cn)6·
3h2o(分析纯)。
四、【实验步骤】
标定磁场强度方法如下。
①取一支清洁干燥的样品管悬挂在磁天平的挂钩上,称质量得m空。
②调节磁天平电流开关,由小到大调节至指定位置1(1A),测质量得m空1。
③继续调大电流,至位置2(3A),测质量得m空2。
④继续升高电流至位置3(4A),停顿一定时间,然后调小电流从位置3回到位置2,测质量得m空2’。
⑤继续调小电流回到位置1,测质量得m空1’。
⑥关闭电流测质量得m空’。
表一:
数据记录表(空管)
⑦装入已经研细的莫尔盐,装样尽量填实,样品要装至距离管口约1~2cm处,用直尺测量装样高度,将样品管放入磁天平,按照空管的测量方法测量样品管的重量。
⑧倒出样品管中的莫尔盐,将样品管洗净吹干,装入研细的硫酸亚铁,装样高度和莫尔盐尽量相同,用同样的方法测量硫酸亚铁的数据。
表三:
样品:
硫酸盐铁铵装样高度:
14.07cm⑨倒出样品管中的硫酸亚铁,将样品管洗净吹干,装入研细的亚铁氰化钾,装样高度和莫尔盐尽量相同,用同样的方法测量亚铁氰化钾的数据。
五、【实验注意事项】
1.天平称量时,必须关上磁极架外面的玻璃门,以免空气流动对称量的影响。
2.励磁电流的变化应平稳、缓慢,调节电流时不宜用力过大。
加上或去掉磁场时,勿改变永磁体在磁极架上的高低位置及磁极间矩,使样品管处于两磁极的中心位置,磁场强度前后一致。
3.装在样品管内的样品要均匀紧密、上下一致、端面平整、高度测量准确。
六、【数据处理】
1.计算校准样品的磁化率。
根据式(6)计算实验温度下莫氏盐的磁化率。
查找资料得:
莫氏盐m=392.14g/mol根据公式算得
莫氏盐的质量磁化率为:
换算成摩尔磁化率为:
理论参考值:
误差:
再代入式(5)中算得:
1A:
3A:
2.计算待测样品的摩尔磁化率xm由式(5)计算各样品的磁化率,取平均值。
硫酸亚铁铵m=278.01g/mol亚铁氰化钾m=422.39g/mol
3.根据xm计算样品的未成对电子由式(8)计算磁矩,再由式(7)计算样品分子中金属离子的未成对电子。
七、【实验思考与讨论】
【思考题】
1.在不同磁场强度下,测得的样品的摩尔磁化率是否相同?
2.分析影响测定χm值的各种因素。
3.为什么实验测得各样品的μm值比理论计算值稍大些?
(提示:
公式(6)是仅考虑顺磁化率由电子自旋运动贡献的,实际上轨道运动对某些中心离子也有少量贡献。
例如Fe离子就是一例,从而使实验测得的μm值偏大,由(1-4)式计算得到的n值也比实际的不成对电子数稍大)。
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- 铁棒 磁化 实验 报告