磁化率的测定实验报告(华南师范大学物化实验).doc

磁化率的测定一、实验目的(1)掌握古埃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、,在外磁场强度H的作用下,产生附加磁场。该物质内部的磁感应强度B为:B=H+4πI=H+4πkH(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k=I/H称为物质的体积磁化率。I和k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=k/ρ称为克磁化率或比磁化率。χm=kM/ρ称为摩尔磁化率(M是物质的摩尔质量)。这些数据都可以从实验测得,是宏观磁性质。在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm,铁磁性研究中常用到I、σ。不少文献中按宏观磁性质,把物质分成反磁性物质。顺磁性物质和铁磁性物质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质积累。其中,顺磁性物质χm>0而反磁性物质的χm<0。,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。为了测量不同温度的数据,要使用变温、恒温和测温装置。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,另一端则在磁场强度为零处。样品在磁场中受到一个作用力。dF=kHAdH(2)式中,A表示圆柱玻璃管的截面积。样品在空气中称量,必须考虑空气修正,即dF=(k-k0HAdH)(3)k0表示空气的体积磁化率,整个样品的受力是积分问题:F=H0Hk-k0HAdH=12k-k0AH2-H02(4)因H0«H,且忽略k0,则F=12kAH2(5)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=(Δm样-Δm空)g式中,Δm样为样品管加样品在有磁场和无磁场时的质量差;Δm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,k=2FAH2(6)而χm=kM/ρ,ρ=m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。χm=kMρ=2FAH2Mm样品Ah=2Δm样-Δm空ghMm样品H2(7)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(7)计算样品的摩尔磁化率。在实际工作中是采用已准确知道磁化率数值的校准样品来标定磁场的,根据式(7)χ样品χ校准剂=Δm样-Δm空Δm校准剂-Δm空×m校准剂m样品×M样品M校准剂×h样品h校准剂χ样品=Δm样-Δm空Δm校准剂-Δm空×m校准剂m样品×M样品M校准剂×h样品h校准剂χ校准剂(8)本次使用的校准样品为莫氏盐,其磁化率符合公式χ=+1×10-4(9)式中,T是绝对温度。,它们的磁矩实验值大多符合μm=nn+2μB(10)式中,n是未成对电子数;μB是电子磁矩的基本单位,成为玻尔磁子。μB=eh4πmc=×10-24JT(11)而磁矩μm与摩尔顺磁磁化率χm之间有如下关系:χm=NAμm23KT×4π×10-7(12)式中,NA为阿伏伽德罗常数;K为波兹曼常数;T为绝对温度。根据式(12)可以利用测量出的物质的摩尔顺磁化率χm计算出μm,然后根据(10)计算样品的未成对电子数