<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von geringen remanenten magnetischen Momenten schwach magnetischer Proben
Die Bestimmung von geringen magnetischen Momenten von schwach magnetischen Proben ist von be- sonderer Wichtigkeit, z. B. im Falle eines vulkanischen und sedimentären Gesteins, wobei diese Bestim- mung die Durchführung vonstudien dadurch erleichtert, dass genauere Schätzungen hinsichtlich derpaläo- graphischen und paläoklimatologischen Bedingungen, unter welchen das Gestein geformt wurde, ermöglicht werden und weiters die Möglichkeit der Feststellung der magnetischen Orientierung (und damit des ma- gnetischenFlusses) derBohrkerne im Laboratorium bietet, um den Verlauf der von den Bohrlöchern durch- drungenen Horizonte nachzuweisen.
. Vorrichtungen zur Bestimmung von geringen magnetischen Momenten, nämlich von solchen inder Grössenordnung von 10-7 e. m. e/cm (wobei die elektromagnetischen Einheiten im CGS-System angege- ben sind), sogenannte astatische Magnetometer, sind bekannt. Diese weisen eine Spezialkonstruktion mit
Spannbandaufhängung und einem sehr leichten, aus einem Paar ganz aussergewöhnlich astatischer Perma- nentmagnete bestehenden beweglichen Organ auf. Der Nachteil dieser Vorrichtungen besteht darin, dass der Aufbau eines solchen beweglichen Organes schwierig und auch die Messung infolge der späteren Be- rechnungen umständlich ist.
Der Aufbau anderer Apparate basiert auf der Messung der durch Drehung der Probe in einer Spule in- duzierten Spannung. Derartige Apparate sind als sogenannte Rock-Generatoren bekannt.
Die Versuche zur Entwicklung einer einfacherenEinrichtung unter Vermeidung astatischer Permanent- magnete und Ersetzung dieser durch Spulen, mittels welcher das auf die mittels einer Spannbandaufhän- gung aufgehängte Probe wirkende Kräftepaar in einem gleichförmigen Magnetfeld gemessen wird, haben zu Apparaturen mit einer Empfindlichkeit von meistens 10"* e. m. e/cm geführt (wobei wieder, wie auch in der Folge, die elektromagnetischen Einheiten im CGS-System angegeben sind).
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kennzeichnet sich im wesentlichen durch ein mitWasser gefülltes
Gefäss, in welchem sich eine die zu untersuchende Probe enthaltende evakuierte Phiole befindet, die einen geringen Auftrieb im Wasser erfährt und mit einem am Boden des Gefässes befestigten Spannband verdrehbar aufgehängt ist, wobei diesesbewegliche Organ einen Spiegel zur Aufzeichnung der Auslenkungen auf - einem photographischen Registrierpapier trägt und wobei das mit Wasser gefüllte Gefäss in einem weiteren
Gefäss um 0, 5-5, 0 C kälterem Wasser angeordnet ist. Vorzugsweise ist hiebei die Anordnung so getrof fen, dass das homogene Magnetfeld um die Probe mittels einesSpulenpaares, dessen Achse waagrecht verläuft, erzeugt wird und dass die Richtung diesesFeldes einstellbar ist.
Die störenden Schwingungen des beweglichen Organes werden durch seine vollkommene Versenkung in das mit Wasser gefüllte Gefäss stark gedämpft, wodurch die Genauigkeit der Messung vergrössert wird. Die Anordnung dieses mit Wasser ge-
EMI1.1
Wärmekonvektionsströmung, so dass eine grössere Stabilität des beweglichen Organes erzielt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren, mit welchem magnetische Momente schwach magnetischer Proben mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung gemessen werden können, kennzeichnet sich im wesentlichen durch eine in zwei oder mehreren Phasen erfolgende Messung, in denen die Richtungen des Feldes verschieden und bekannt sind. Vorzugsweise wird hiebei erfindungsgemäss so vorgegangen, dass zur Erzielung
<Desc/Clms Page number 2>
einer Aufzeichnungsphase das homogene. nach Grosse und Richtung konstante Magnetfeld mehrmals jeweils nach einer Zeitdauer, die einer halben Eigenschwingungsperiode des beweglichen Organes gleich ist, um 180 zwecks Erreichung einer Amplitudenvergrösserung durch Resonanz invertiert wird.
Die Aufzeichnung des vom Spiegel des beweglichen Organes auf das Photopapier od. dgl. geworfenen Leuchtfleckes beginnt hiebei kurz vor dem Anlegen des Feldes. Für jede Aufzeichnungsphase ergibt sich hiebei eine in bezug auf eine an der Probe vorgesehene Bezugslinie eindeutig definierte Orientierungsrichtung. Nach jeder Aufzeichnung erfolgt eine Entmagnetisierung der Probe, welche mittels eines etwa sinusförmigen magnetischenwechselfeldes mit einer zeitlich in derselben Richtung gleichförmig abnehmenden
EMI2.1
gnetischen Gleichfeldintensität erfolgt.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert, wobei Fig. 1 in schematischer Darstellung einenschnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung und Fig. 2 und 3 Beispiele von mit der erfindungsgemässen Vorrichtung aufgenommenen Diagrammen zeigen.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemässe Vorrichtung weist ein aus einem aus einer Probe 1, einer dicht verschlossenen Glasphiole 2 und einem Spiegel 3 bestehendes, auf einem Spannband 4 aufgehängtes bewegliches Organ auf. Sowohl die das Spannband haltende Vorrichtung als auch das ganze bewegliche Organ sind vollkommen in ein Gefäss 5 mit Wasser versenkt. Das Gewicht des vom beweglichen Organ verdrängten Wasservolumens ist ein wenig grösser als das des beweglichen Organes, so dass eine Zugkraft von etwa einem Gramm auf das Spannband wirkt.
Die Gesteinsprobe ist in der Mitte eines Spulensystems 6 angeordnet, welches ein homogenes horizontales Magnetfeld in der Probenzone erzeugt. Das Spulensystem 6 kann um seine senkrechte Achse gedreht werden. Ebenso ist die Halterung des beweglichen Organes, welche durch einen Führungsdeckel 8, einen Teil 9 und Schenkel 10 gebildet wird, um ihre senkrechte Achse verdrehbar.
Die Sicherung des Spannbandes bei der Einführung oder Entfernung des Deckels 8 zusammen mit dem Teil 9 erfolgt durch die Blockierstütze 11 und den Blockierschaft 12.
Die Stellung des beweglichen Organes wird photographisch durch die Aufnahme des vom Spiegel 3
EMI2.2
niedriger ist als die des Wassers im Gefäss 5, erreichtwerden. Die gerichteten Wärmekonvektionsströme, welche auf diese Weise im Gefäss 15 entstehen, sichern eine grössere Stabilität des beweglichen Organes als das Vorhandensein ungerichteter Ströme, die im Falle eines thermostatischen Systems wirken und keine entsprechende Stabilität zu erhalten erlauben.
Die Messung geht nun in folgender Weise vor sich :
Ohne das durch das Spulensystem erzeugte magnetische Feld bleibt der Leuchtfleck bewegungslos und ergibt auf dem lichtempfindlichen Papier eine gerade Linie.
Wenn ein durch die Speisung der Spule mit einem bekannten Strom erzeugtes Feld H in der Grössenordnung von 1 bis 15 Gauss vorhanden ist. wird auf die Probe ein Kräftepaar proportional dem Feld H, dem magnetischen Moment P der Probe und dem Sinus des Winkels zwischen dem Feld H und dem magnetischen Moment P wirken.
Wenn die Stromrichtung umgekehrt wird, so wird ein Moment derselben Grösse, jedoch mitumge- kehrten Vorzeichen auf die Probe wirken. Die Stromumkehr wird mittels eines Stromwenders mehrere Male in der Hälfte der Eigenschwingungsperiode des beweglichen Organes gleichen Intervallen durchgeführt. Es wird also die ganze Veränderung des Leuchtfleckes proportional dem Moment P, dem Feld H und dem Sinus des Winkels zwischen P und H (a) auf dem lichtempfindlichen Papier aufgezeichnet sein.
Um einen möglichen Magnetisierungseffekt in Richtung des Feldes H zu vermeiden, muss man eine Wechselstromentmagnetisierung mit abnehmender Amplitude vornehmen, beginnend mit dem Wert der benutzten Gleichfeldstärke. Dies erfolgt mittels eines Autotransformators Av, wobei der Schalter ; L geschlossen und der Schalter L offen ist.
Darauf dreht man das Spulensystem mit horizontaler Achse um einen bekannten Winkel (z. B. 90 und die Aufzeichnung wird in derselben Weise wiederholt. Die beiden Aufzeichnungen erlauben in Verbindung mit einer an der Probe vorgesehenen und in Abhängigkeit von der bekannten Stellung des Spulensystems orientiertenBezugslinie bzw. einem Bezugsvermerk eine einfache Berechnung, welche zur Bestimmung der Grösse sowie der remanenten Magnetisierungsorientierung (bzw. deren Komponente in
<Desc/Clms Page number 3>
horizontaler Ebene) führt.
Bei Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung können remanente Magnetisierungen in der Grössenordnung von 10-7 e. m. e/cm3 und weniger bestimmt werden.
"Fig. 2 und 3 zeigen Beispiele aufgezeichneter Diagramme von Gesteinsproben, wobei sich das erstere auf Mergel mit einer errechneten remanenten Magnetisierung von zo e. m. e/cm3 und das letztere auf Ton mit einer errechneten Magnetisierung von 4. 10-7 e. m. e/cm3 bezieht.
In diesen Diagrammen sind mitA, A' und A" die Momente beim Anlegen des Feldes H, mit B, B'und B" die Momente beim Anlegen eines Feldes H mit verkehrtem Vorzeichen und mit 0 das Moment beim Aufhören der Feldwirkung bezeichnet.
Die Richtungen des Feldes sind für die Kurven I, 11 und III verschieden, wobei die Winkel zwischen den Richtungen I und II (ss) sowie zwischen den Richtungen I und III (6) bekannt sind. Die Magnetisierungs-
EMI3.1
mittels bekannter analytischer oder graphischer Methoden. Darin bedeuten djed II, diii die dem Diagramm entnommenen Abstände, H das benutzte magnetische Feld, dessen Wert durch den durch die Spulen flie- ssenden Strom und durch die Spulencharakteristik bestimmt ist und A eine der Grösse nach experimentell bestimmbare und von der Spannbandkonstante, dem Abstand zwischen dem Spiegel und dem lichtempfindlichen Papier sowie vom Grade des Eintauchens der Schwingungsvorrichtung in das wässerige Medium abhängige Konstante.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt :
Einfachheit der Messung und der Errechnung der Ergebnisse.
Empfindlichkeit und grosse Genauigkeit.
Keine Konstruktionsschwierigkeiten, da das Instrument mit extrem einfachen technischen Mitteln hergestellt werden kann.
Geringe Kosten des Instrumentes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Bestimmung von geringen, remanenten magnetischen Momenten schwach magnetischer Proben durch Messung des auf die in einem gleichförmigen Magnetfeld angeordnete Probe wirkenden Kräftepaares, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Wasser gefülltes Gefäss (5) vorgesehen ist, in welchem sich eine die zu untersuchende Probe enthaltende evakuierte Phiole (2) befindet, die einen geringen Auftrieb im Wasser erfährt und mit einem am Boden des Gefässes befestigten Spannband (4) verdrehbar aufgehängt ist, wobei dieses bewegliche Organ einen Spiegel (3) zur Aufzeichnung der Auslenkungen auf einem photographischen Registrierpapier trägt und das mit Wasser gefüllte Gefäss in einem
EMI3.2