Un magnetómetro de muestra vibrante (VSM) (también conocido como magnetómetro de Foner) es un instrumento científico que mide las propiedades magnéticas según la ley de inducción de Faraday. Simon Foner del MIT Lincoln Laboratory inventó VSM en 1955 y lo informó en 1959. [1] También fue mencionado por GW Van Oosterhout [2] y por PJ Flanders en 1956. [3] Una muestra se coloca por primera vez en un campo magnético constante. y si la muestra es magnética, alineará su magnetización con el campo externo. El momento dipolar magnético de la muestra crea un campo magnético que cambia en función del tiempo a medida que la muestra se mueve hacia arriba y hacia abajo. Por lo general, esto se hace mediante el uso de unmaterial piezoeléctrico . El campo magnético alterno induce un campo eléctrico en las bobinas de captación del VSM. [4] La corriente es proporcional a la magnetización de la muestra: cuanto mayor es la corriente inducida, mayor es la magnetización. Como resultado, normalmente se registrará una curva de histéresis [5] y de allí podemos deducir las propiedades magnéticas de la muestra que se está midiendo.
La idea de la muestra vibratoria vino del magnetómetro de bobina vibratoria de DO Smith [6] .
Descripción general típica de VSM
Partes de una configuración típica de VSM
- Electroimán / fuente de alimentación refrigerados activamente
- Amplificador
- Chasis de control
- Metro
- Interfaz de computadora
- Bobinas de sensor
- Excitador de vibraciones con portamuestras
- Sonda Hall (opcional)
Procedimiento operativo de muestra: [4]
- Montaje de la muestra en el portamuestras
- Encendido del sistema VSM
- Ejecute el software de la computadora para inicializar el sistema
- Calibrar el sistema
- Optimice el sistema para M [4]
- Calibrar el amplificador de bloqueo
- Tome medidas y registre datos
Condiciones para que VSM sea eficaz
- El campo magnético debe ser lo suficientemente fuerte como para saturar completamente las muestras (o de lo contrario se tomarán medidas inexactas)
- El campo magnético debe ser uniforme en todo el espacio de muestra (de lo contrario, la adición de gradientes de campo [5] [7] inducirá una fuerza que alterará la vibración una vez más, lo que generará resultados inexactos
Importancia de las bobinas de captación
Estos permiten que el VSM maximice la señal inducida, reduzca el ruido, proporcione un punto de asiento ancho, minimice el volumen entre la muestra y el electroimán para lograr un campo magnético más uniforme en el espacio de la muestra. [5] La configuración de las bobinas puede variar según el tipo de material que se esté estudiando. [5]
Relación con la física
El VSM se basa en la ley de inducción de Faraday , con la detección de la fem dada por, [7] donde N es el número de vueltas de cable, A es el área yel ángulo entre la normal de la bobina y el campo B. Sin embargo, N y A a menudo son innecesarios si el VSM está calibrado correctamente. [7] Al variar la fuerza del electroimán a través del software de computadora, el campo externo se barre de mayor a menor y de nuevo a mayor. [7] Normalmente, esto se automatiza mediante un proceso informático y se imprime un ciclo de datos. El electroimán está normalmente unido a una base giratoria [7] para permitir que las medidas se tomen en función del ángulo. El campo externo se aplica en paralelo a la longitud de la muestra [7] y el ciclo antes mencionado imprime un bucle de histéresis . Luego, utilizando la magnetización conocida del material de calibración y el volumen del cable, la señal de alto voltaje de campo se puede convertir en unidades emu , lo que resulta útil para el análisis. [7]
Ventajas y desventajas
La precisión y exactitud de los VSM son bastante altas incluso entre otros magnetómetros y pueden ser del orden de ~emú. [5] Los VSM permiten además que una muestra sea probada en diferentes ángulos con respecto a su magnetización, lo que permite que las investigaciones minimicen los efectos de las influencias externas. [8] Sin embargo, los VSM no son adecuados para determinar el bucle de magnetización debido a los efectos desmagnetizantes en los que incurre la muestra. [8] Los VSM también sufren de dependencia de la temperatura y no se pueden utilizar en muestras frágiles que no pueden sufrir aceleración (debido a la vibración). [5] [7] [8]
Referencias
- ^ Foner, Simon (1959). "Magnetómetro de muestra vibrante versátil y sensible". Rev. Sci. Instrum . 30 (7): 548–557. Código bibliográfico : 1959RScI ... 30..548F . doi : 10.1063 / 1.1716679 .
- ^ Van Oosterhout, GW (1956). Apl. Sci. Res . B6 : 101. Falta o vacío
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( ayuda ) - ^ Flandes, PJ (1956). Publicación especial IEEE, Conferencia sobre magnetismo y materiales magnéticos . T-91 : 315–317. Falta o vacío
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( ayuda ) - ^ a b c Departamento de Física de SWT. "Magnetómetro de muestra vibrante" (PDF) .
- ^ a b c d e f López-Domínguez, V .; Quesada, A .; Guzmán-Mínguez, JC; Moreno, L .; Lere, M .; Spottorno, J .; Giacomone, F .; Fernández, JF; Hernando, A .; García, MA (1 de marzo de 2018). "Un simple magnetómetro vibratorio de muestras para muestras macroscópicas" . Revisión de instrumentos científicos . 89 (3): 034707. doi : 10.1063 / 1.5017708 . hdl : 10261/163494 . ISSN 0034-6748 .
- ^ Smith, DO (1956). "Desarrollo de un magnetómetro de bobina vibratoria". Rev. Sci. Instrum . 27 (261): 261–268. Código Bibliográfico : 1956RScI ... 27..261S . doi : 10.1063 / 1.1715538 .
- ^ a b c d e f g h Burgei, Wesley; Pechan, Michael J .; Jaeger, Herbert (10 de julio de 2003). "Un simple magnetómetro de muestra vibrante para su uso en un curso de física de materiales" . Revista estadounidense de física . 71 (8): 825–828. doi : 10.1119 / 1.1572149 . ISSN 0002-9505 .
- ^ a b c "Interpretación del análisis de magnetómetro de muestra vibrante (VSM)" . analysetest.com . 2021-03-16 . Consultado el 14 de mayo de 2021 .
Ver también
- Magnetómetro
- Magnetómetro de gradiente alterno (campo) (AFGM o AGM)
- Magnetómetro SQUID