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

35 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

62123. Оценка фактического питания (подсчет калорий, основного обмена, использование «эскиз-диета»). Разработка плана действий по изменению пищевого поведения. Методические указания 44.77 KB
  Значение темы: Питание является важнейшим фактором, определяющим здоровье человека. Рациональное питание следует рассматривать как одну из главных составных частей здорового образа жизни...
62124. Расчет электрических цепей постоянного тока 578.7 KB
  В работе приводится: номер и название работы; задание к работе; схема электрической цепи; исходные данные к расчету в соответствии с вариантом; результаты расчетов с краткими комментариями. Расчет многоконтурной линейной электрической цепи...
62126. Дослідження особливостей предмета та методології макроекономічної науки 35.61 KB
  Завдання заняття: Закріпити теоретичні знання студентів шляхом опитування пройденого лекційного матеріалу за темою: Макроекономіка як наука. Макроекономіка в системі економічних наук: а рівневий підхід до вивчення економіки: мікроекономіка та макроекономіка; б предмет дослідження макроекономіки...
62128. Англійська мова. Методичні вказівки 73.1 KB
  В даній розробці викладені основні теоретичні положення лексичної основи перекладу. Знання лексичної основи перекладу будуть корисними при перекладі спеціальної літератури. Робота з текстами розширить знання студентів з предмету,розвине навички добування корисної інформації.