古埃磁天平的點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,靈敏度。用古埃磁天平測(cè)量物質(zhì)的磁化率而求得磁矩和未成對(duì)電子數(shù),這對(duì)研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)有著重要的意義。
、作原理
古埃磁天平的作原理,如下(圖)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(pán)上,使樣品管底處于電磁鐵兩的中心(即處于均勻磁場(chǎng)區(qū)域),此處磁場(chǎng)強(qiáng)度大。樣品的端離磁場(chǎng)中心較遠(yuǎn),磁場(chǎng)強(qiáng)度很弱,而整個(gè)樣品處于個(gè)非均勻的磁場(chǎng)中。但由于沿樣品的軸心方向,即圖示z方向,存在個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度 H/ z,故樣品沿z方向受到磁力的作用
式中H為磁場(chǎng)中心磁場(chǎng)強(qiáng)度,H0為樣品端處的磁場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)率。
通常H0即為當(dāng)?shù)氐牡卮艌?chǎng)強(qiáng)度,約為40A·m-1,般可略去不計(jì),則作用于樣品的力為:
由于天平分別稱裝有被測(cè)樣品的樣品管和不裝樣品的空樣品管在有外加磁場(chǎng)和無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)的質(zhì)量變化,則有:
△m=m磁場(chǎng)-m無(wú)磁場(chǎng) (-3)式
顯然,某不均勻磁場(chǎng)作用于樣品的力可由下式計(jì)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(shí)際度,m為無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)樣品的質(zhì)量,M為樣品的摩爾質(zhì)量, 為樣品密度(固體樣品裝填密度)。
(-7)式中真空磁導(dǎo)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(xiàng)都可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得,因此樣品的摩爾磁化率可由(-7)式算得。
(-7)式中磁場(chǎng)兩中心處的磁場(chǎng)強(qiáng)度H,可使用面板上的斯拉計(jì)測(cè)量,或用已知磁化率的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)行間接測(cè)量。
常用的標(biāo)準(zhǔn)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(xué)溫度T的關(guān)系式為:
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