12098

Снятие основной кривой намагничения

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа 530k Снятие основной кривой намагничения Цель работы: познакомиться с баллистическим методом измерения индукции магнитного поля; снять основную кривую намагничения ферромагнитного материала. Работа выполняется на ЭВМ. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ ...

Русский

2013-04-24

63 KB

36 чел.

Лабораторная работа 5-30k

Снятие основной кривой намагничения

Цель работы: познакомиться с баллистическим методом измерения индукции магнитного поля; снять основную кривую намагничения ферромагнитного материала.

Работа выполняется на ЭВМ.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

У ферромагнетиков в отличие от диа- и парамагнетиков магнитная проницаемость не является постоянной величиной, поэтому индукция магнитного поля В сложным образом зависит от напряженности поля Н (рис. 1).

Если ненамагниченный образец поместить в магнитное поле и увеличивать постепенно напряженность Н, то процесс намагничивания образца до насыщения изобразиться кривой ОМ. При уменьшении напряженности поля обратный ход кривой не совпадает с прямым. Индукция В при всех значениях напряженности Н имеет бóльшие значения, чем при намагничивании. Отставание индукции поля от напряженности при размагничивании называется магнитным гистерезисом, а замкнутая кривая – петлей гистерезиса (рис. 1).

    Кривая ОМ, показывающая зависимость В от Н

Рис. 1. Петля гистерезиса для        при первичном намагничивании ферромагнети-

ферромагнитных материалов         ка носит название основной кривой намагниче-

                                                   ния. Значение индукции ВОСТ. при Н = 0 называется остаточной индукцией. Существование остаточной индукции делает возможным изготовление постоянных магнитов. Для того, чтобы снять остаточную индукцию, нужно изменить направление внешнего поля на обратное и довести напряженность до некоторого значения НК, называемого коэрцитивной силой. В точке НК образец размагничен.

Особенности магнитных свойств ферромагнетиков объясняется существованием в ферромагнетиках доменов – областей спонтанного (самопроизвольного) намагничения. Согласно теории ферромагнетизма при определенных условиях в кристаллах могут возникать так называемые обменные силы, которые заставляют магнитные моменты электронов выстраиваться параллельно друг другу. Области спонтанного намагничения получили название доменов. В пределах каждого домена спонтанно намагничен до насыщения и обладает определенным магнитным моментом. В отсутствие внешнего поля суммарный магнитный момент ферромагнетика равен нулю. Действие магнитного поля на домены на разных стадиях процесса намагничивания различное, что приводит к гистерезису [1].

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Сущность баллистического метода измерения индукции В, предложенного А.Г. Столетовым, состоит в следующем.

Измерение индукции магнитного поля осуществляется в образце, имеющем форму тороида. Тороид содержит две обмотки: первичную (намагничивающую) и вторичную (измерительную). В цепь измерительной обмотки включают баллистический гальванометр (рис. 2).

Рис. 2 Электрическая схема установки

 

При изменении магнитного потока через вторичную обмотку в ней возникает индукционный ток, мгновенное значение которого

i = εi /R = – 1/R(dФ/dt),

где εi – мгновенное значение ЭДС индукции; R – сопротивление измерительного контура; Ф – магнитный поток через измерительную обмотку, равный

Ф = ВSN,

где В – индукция магнитного поля в тороиде; S – сечение витка измерительной обмотки; N – число витков измерительной обмотки.

За время dt через измерительную обмотку, а, следовательно, и баллистический гальванометр пройдет количество электричества

dq = idt = – dФ /R,

а за время Dt

q = .                                       (1)

Отклонение зайчика баллистического гальванометра пропорционально прошедшему через него количества электричества q, а значит, согласно (1) и изменению магнитного потока DФ.

В данной работе изменение магнитного потока производится путем изменения направления тока в первичной обмотке (коммутацией тока). При этом вектор В также меняет направление на обратное. Тогда

DФ = 2ВSN = Rq,                                                (2)

откуда

В = (Rq)/(2ВSN)                                                (3)

Если известна чувствительность гальванометра, то, измерив заряд q, можно определить индукцию В по формуле (3). Как правило, чувствительность гальванометра не известна. Поэтому определяют постоянную гальванометра путем сравнения индукции исследуемого поля в тороиде с индукцией в другой катушке, не имеющей сердечника. Она представляет собой длинный прямой соленоид и называется нормальной катушкой. На ней имеется своя короткая измерительная  обмотка, включаемая в цепь баллистического гальванометра.

Считая нормальную катушку бесконечно длинным соленоидом, имеем

В = m0×nнI,

где nн – число витков на единицу длины нормальной катушки; I – ток в нормальной катушке.

При коммутации тока в нормальной катушке изменение магнитного потока равно

DФ = 2ВSнNн = 2m0×nнISнNн,

где Sн и Nн – сечение и общее число витков измерительной обмотки нормальной катушки.

Полагая, что отклонение зайчика гальванометра b пропорционально изменению потока

DФ =А×b,

где А – коэффициент пропорциональности, называемой постоянной баллистической установки.

Тогда

А =  2m0×nнISнNн(I /b).                                          (4)

Если теперь при работе с тороидом гальванометр дает отклонение a, то

DФ = А×a = 2ВSтNт,

откуда

В = (А×a) / (2SтNт).                                             (5)

Таким образом, для нахождения индукции В надо вначале определить постоянную А и затем измерять отклонение зайчика гальванометра a.

Напряженность поля в тороиде вычисляется по формуле

Н = nт×I,                                                     (6)

где I – ток в первичной (намагничивающей) обмотке тороида; nт – число витков на единицу длины этой обмотки.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

I. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА

1. В диалоговом окне "Определение баллистической постоянной гальванометра" установить погрешность измерений (по указанию преподавателя)

2. Проводя коммутацию тока в первичной цепи нормальной катушки (активизируя кнопкой мыши ключ К), измерить отклонение зайчика гальванометра b при пяти разных значениях тока. Данные занести в табл. 1.

Рекомендуемые значения тока: 0,4; 08; 1,2; 1,5; 2,0 А .

3. Найти отношение I/b и по среднему значению этой величины вычислить постоянную баллистического гальванометра А по формуле (4). Результаты вычислений занести в табл. 1.

II. СНЯТИЕ КРИВОЙ НАМАГНИЧЕНИЯ

В этой части производятся измерения также, как при определении постоянной гальванометра А, только в цепь включен тороид, а не нормальная катушка.

1. Перейти ко второй части работы, нажав в диалоговом окне клавишу "Перейти к процедуре снятия основной кривой намагничения".

Примечание. При переходе ко второй части работы режим размагничения тороида осуществляется автоматически.

2. Выбрать материал сердечника тороида (по указанию преподавателя).

3. Проводя коммутацию тока в первичной цепи тороида, измерить отклонение зайчика гальванометра a при пяти разных значениях силы тока. Данные занести в табл. 2.

Рекомендуемые значения силы тока: 0,05 А, и от 0.1 до 1 А с шагом 0.1 А, а от 1 до 2 А с шагом 0.2 А.

Примечание. При установке очередного значения силы тока надо иметь в виду, что, пропустив какую-нибудь точку, возвращаться к ней уже нельзя, т.к. в сердечнике будет остаточное намагничение  от большего тока.

4. Вычислить индукцию В и напряженность магнитного поля Н по формулам (5) и (6). Результаты вычислений занести в табл. 2. Построить кривую намагничения, обратив внимание на рациональный выбор масштаба по осям координат.

Таблица 1          

I

b

I/b

< I/b >

А

А

дел.

А/дел.

А/дел.

Н×м/ А/дел.

1

2

3

4

5

Таблица 2           

I

B

a

H

А

Тл.

дел.

А/м

1

2

3

4

….

КОНТРОЛЬНЫЕ  ВОПРОСЫ

Каковы особенности магнитных свойств ферромагнетиков?

2.  Как в данной работе находятся величины В и Н, требуемые для построения кривой намагничения?

3.  Какова роль нормальной катушки?

4.  Как производится изменение магнитного потока в тороиде и в нормальной катушке?

5.  Как осуществить размагничение тороида? Для чего это делается?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74313. Режимы нейтралей высоковольтных ЭС 77 KB
  В установках с глухозаземленной нейтралью всякое замыкание на землю является коротким замыканием и сопровождается большим током к. В установках с изолированной нейтралью замыкание одной из фаз на землю не является коротким. Кроме того при замыканиях на землю возникают значительные нескомпенсированные магнитные потоки нулевой последовательности которые необходимо учитывать вследствие их влияния на установки связи.Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью В установках с изолированной нейтралью при замыкании на землю одной из фаз треугольник...
74314. Физико-технические свойства проводниковых материалов 30 KB
  Из-за низкого удельного сопротивления, медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже
74315. Воздушные линии электропередач (ЛЭП). Назначения, требования, предъявляемые к конструкции ВЛ. Конструктивное выполнение ВЛ 41 KB
  Воздушные линии электропередач ЛЭП. Воздушными называются линии предназначенные для передачи и распределения ЭЭ по проводам расположенным на открытом воздухе и поддерживаемым с помощью опор и изоляторов. Из анализа условий ВЛ следует что материалы и конструкции линий должны удовлетворять ряду требований: экономически приемлемая стоимость хорошая электропроводность и достаточная механическая прочность материалов проводов и тросов стойкость их к коррозии химическим воздействиям; линии должны быть электрически и экологически...
74316. Опоры ВЛ. Типы и конструкции опор. Расположение проводов и защитных тросов на опорах. Расстояние между фазами 38 KB
  Отличаются опоры материалом исполнением и способом крепления подвязки проводов. Промежуточные опоры наиболее простые служат для поддерживания проводов на прямых участках линии.