12559

Исследование явление магнитострикции с помощью электрических проволочных тензометров

Лабораторная работа

Физика

ОТЧЁТ по лабораторной работе № 4т: Исследование явление магнитострикции с помощью электрических проволочных тензометров Введение Явление магнитострикции заключается в изменении формы и размеров ферромагнетика при изменении его намагниченности в магнит

Русский

2013-05-01

237 KB

5 чел.

ОТЧЁТ

по лабораторной работе № 4т:

«Исследование явление магнитострикции

с помощью электрических проволочных тензометров»

Введение

Явление магнитострикции заключается в изменении формы и размеров ферромагнетика при изменении его намагниченности в магнитном поле. Магнитострикция позволяет выяснить природу сил, которые определяют ферромагнитные свойства вещества. С помощью термодинамики удается связать объемный магнитострикционный эффект напряженностью магнитного поля. В работе исследуется характер зависимости продольной и поперечной магнитострикции от напряженности внешнего магнитного поля.

1 Теория

Элементарным носителем магнетизма в ферромагнетиках являются, в основном, спиновые магнитные моменты электронов. Между ними существует два основных типа взаимодействия: обменное и магнитное.

Обменные силы носят квантово-механический характер и не имеют классических аналогов. Расчеты квантовой механики показывают, в случае системы взаимодействующих электронов наиболее выгодным может быть состояние системы, когда спиновые магнитные моменты ориентированы одинаковым образом. Это говорит о наличии самопроизвольной намагниченности в ферромагнитных телах в отсутствии внешнего магнитного поля.

При нулевой напряженности магнитного поля ( Н = 0 ) термодинамически устойчивому состоянию макрообразца согласно классической термодинамике отвечает размагниченное состояние, ибо, в противном случае, на поверхности образца имеется магнитное поле, с которым связана положительная энергия. Обменное взаимодействие стремится создать в образце намагниченность. В результате «борьбы» этих тенденций происходит разбиение ферромагнитного образца на области однородной намагниченности (домены).

Первое начало термодинамики для ферромагнитного тела можно записать в виде

,                                     (1.1)

где

– теплота, подведенная к телу

– работа, связанная с деформацией тела

– работа по намагничиванию тела

Соотношение (1.1) для стержня длиной L можно переписать в виде:

,                        (1.2)

где T и S – температура и энтропия соответственно;

x – сила упругости;

p – внешнее давление;

V – объем стержня;

H и M – напряженность магнитного поля и намагниченность образца;

Экспериментально показано, что объемная магнитострикция в большинстве случаев пренебрежимо мала. Это значит, что в (1.2) , поэтому

                                        (1.3)

Из (1.3) следует принципиальная возможность зависимости модуля Юнга от напряженности магнитного поля. Эта зависимость называется ΔE – эффектом.

2 Экспериментальная установка

1 – блок питания электромагнита УИП – 1; 2 – амперметр; 3 – электромагнит; 4 -  стабилизированный источник питания моста «Агат»; 5 – микроамперметр В7-21; 6 – кнопка включения поля; R1 – сопротивление тензометра; R3, R4 – сопротивление плечей моста (R3 =200 Ом); R21, R22 – сравнительное плечо моста (магазины сопротивления); R5 – балластное сопротивление; K1, K2 – переключатели включения микроамперметра; K3 – переключатель включения тензометров в мостовую схему.

Рисунок 1. Принципиальная схема экспериментальной установки

Тензометрический метод измерения магнитострикции заключается в следущем. На поверхности исследуемого образца приклеивается тензометрический датчик. Тензометр представляет собой тонкую (~20 мкм)  проволочку из нихрома, приклеенную на рисовую бумагу клеем, обеспечивающим электрическую изоляцию проволочки. Сверху. Проволочка также покрывается рисовой бумагой.

При изменении длины образца под действием магнитного поля проволочка также изменяет свою длину. Возникающие изменения сопротивления (из-за изменения длины проволочки) измеряются мостовой схемой, в нулевой цепи которой включен микроамперметр высокой чувствительности. Принципиальная схема установки приведена на рис. 1. Сопротивление каждого тензометрического датчика R1 составляет 200 Ом. Питание мостовой схемы осуществляется через источник постоянного напряжения типа "Агат".

Магнитное поле создается электромагнитом 3. Напряженность магнитного поля Н определяется по градуировочной кривой зависимости Н от тока электромагнита I. Питание электромагнита осуществляется универсальным блоком питания УИП-1 1. Регулировка тока электромагнита осуществляется изменением выходного напряжения блока питания 1.

Величина линейной магнитострикции определяется из формулы для тока, протекающего через микроамперметр 5:

, (2.1)

где - внутреннее сопротивление микроамперметра.

3 Методика проведения эксперимента

3.1. Задание

3.1.1. В настоящей работе необходимо определить величину линейной магнитострикции двух образцов – поликристаллического никеля и прессированного никелевого порошка – как функцию напряженности магнитного поля.

3.1.2.Построить графические зависимости

3.1.3. Ввести образец 1и зафиксировать его положение в магните.

Переключатель K3 перевести в положение Т. При отключенном токе электромагнита установить мост вблизи равновесия, для чего включить переключатель K2  «грубо» и, изменяя сопротивление R22 установить на нуль показания микроампермтра B7-21. Затем, включив переключатель К1  «точно», повторить установку нуля.

3.1.4. Записать значение сопротивлений R21 и R22 , затем увеличить R22 на величину ΔR=20 Ом и записать показания микроамперметра.

3.1.5. Изменяя ток источника питания от 0 до 300 мА с шагом 20 мА, записать соответствующие показания вольтамперметра. Затем, уменьшая ток от 300 мА до 0 мА (шаг 20 мА), замерить ток моста при уменьшении магнитного поля. Знак « - « показывает сжатие образца в магнитном поле. Результаты занести в таблицу.

4 Опытные данные и обработка результатов измерений

Результаты измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1: Измерение магнитострикции.

R 21 =

200 Ом

R =

183,6028 Ом

A = (489,8 ± 1,5)

R 22 =

2216,2 Ом

R' =

183,6698 Ом

R' 22 =

2226,2 Ом

ΔR =

0,067 Ом

B = (5633  ± 30)

ΔIm =

5,58*10-3 А

C =

6,54E-02

0-300 +

Ток магнита,

A*10-3

Ток моста, nA

H, A/м

ΔL/L*103

1

0

-0,26

5633

0,017003

2

20

-0,36

15429

0,023543

3

40

-0,43

25225

0,028121

4

60

-0,59

35021

0,038585

5

80

-0,81

44817

0,052972

6

100

-1,04

54613

0,068013

7

120

-1,22

64409

0,079785

8

140

-1,35

74205

0,088287

9

160

-1,44

84001

0,094172

10

180

-1,5

93797

0,098096

11

200

-1,56

103593

0,10202

12

220

-1,59

113389

0,103982

13

240

-1,59

123185

0,103982

14

260

-1,61

132981

0,10529

15

280

-1,62

142777

0,105944

16

300

-1,68

152573

0,109868

300-0 +

Ток магнита,

A*10-3

Ток моста, nA

H, A/м

ΔL/L*103

1

300

-1,68

152573

0,109868

2

280

-1,72

142777

0,112484

3

260

-1,74

132981

0,113792

4

240

-1,75

123185

0,114446

5

220

-1,77

113389

0,115754

6

200

-1,77

103593

0,115754

7

180

-1,79

93797

0,117062

8

160

-1,75

84001

0,114446

9

140

-1,65

74205

0,107906

10

120

-1,57

64409

0,102674

11

100

-1,45

54613

0,094826

12

80

-1,25

44817

0,081747

13

60

-1,09

35021

0,071283

14

40

-0,93

25225

0,06082

15

20

-0,77

15429

0,050356

16

0

-0,77

5633

0,050356

0-300 –

Ток магнита,

A*10-3

Ток моста, nA

H, A/м

ΔL/L*103

1

0

-0,83

-5633

-5,43E-02

2

20

-0,88

-15429

-5,75E-02

3

40

-1

-25225

-6,54E-02

4

60

-1,14

-35021

-7,46E-02

5

80

-1,33

-44817

-8,70E-02

6

100

-1,56

-54613

-1,02E-01

7

120

-1,72

-64409

-1,12E-01

8

140

-1,85

-74205

-1,21E-01

9

160

-1,93

-84001

-1,26E-01

10

180

-2,03

-93797

-1,33E-01

11

200

-2,08

-103593

-1,36E-01

12

220

-2,11

-113389

-1,38E-01

13

240

-2,12

-123185

-1,39E-01

14

260

-2,11

-132981

-1,38E-01

15

280

-2,12

-142777

-1,39E-01

16

300

-2,12

-152573

-1,39E-01

300-0 –

Ток магнита,

A*10-3

Ток моста, nA

H, A/м

ΔL/L*103

1

300

-2,12

-152573

-1,39E-01

2

280

-2,14

-142777

-1,40E-01

3

260

-2,15

-132981

-1,41E-01

4

240

-2,17

-123185

-1,42E-01

5

220

-2,16

-113389

-1,41E-01

6

200

-2,15

-103593

-1,41E-01

7

180

-2,13

-93797

-1,39E-01

8

160

-2,1

-84001

-1,37E-01

9

140

-2,07

-74205

-1,35E-01

10

120

-1,99

-64409

-1,30E-01

11

100

-1,84

-54613

-1,20E-01

12

80

-1,61

-44817

-1,05E-01

13

60

-1,45

-35021

-9,48E-02

14

40

-1,27

-25225

-8,31E-02

15

20

-1,11

-15429

-7,26E-02

16

0

-1,09

-5633

-7,13E-02

0-300 +

Ток магнита,

A*10-3

Ток моста,nA

H, A/м

ΔL/L*103

1

0

-1,17

5633

0,076515

2

20

-1,21

15429

0,079131

3

40

-1,31

25225

0,085671

4

60

-1,43

35021

0,093518

5

80

-1,68

44817

0,109868

6

100

-1,88

54613

0,122947

7

120

-2,04

64409

0,133411

8

140

-2,14

74205

0,139951

9

160

-2,26

84001

0,147798

10

180

-2,32

93797

0,151722

11

200

-2,39

103593

0,1563

12

220

-2,43

113389

0,158916

13

240

-2,43

123185

0,158916

14

260

-2,43

132981

0,158916

15

280

-2,43

142777

0,158916

16

300

-2,43

152573

0,158916

Вычислим коэффициент чувствительности схемы С:

; ;

;

;

График зависимости  от H приведен на Рисунке 2.

Рисунок 2. График зависимости  от H.

Заключение

В данной лабораторной работы было наблюдаемо явление магнитострикции, заключающееся в изменении формы и размеров ферромагнетика при изменении его намагниченности в магнитном поле. Проведено измерение тока моста в зависимости от тока, протекающего через электромагнит. Изучена закономерность изменения длины образца при увеличении напряженности окружающего электрического поля. На основании полученных данных были построены графики зависимости магнитострикции от напряженности магнитного поля: .


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73. Природно-ресурсный потенциал России и Мурманской области 49.95 KB
  Анализ обеспеченности России и Мурманской области природными ресурсами. Исчерпаемые, в том числе возобновимые (растительность, запас питательных веществ в почве, запас воды в реках и озерах, годовой и подземный сток, растительный и животный мир) и невозобновимые (минеральные ресурсы, подземные воды, почвенный слой).
74. Управление маркетингом на предприятии Цифрал-Срвис 835 KB
  Миссия компании Цифрал-Срвис заключается в деятельности на благо общества и выражается в предоставлении высококачественных услуг в сфере обеспечения безопасности. Товар поставляется только в подъезды имеющие аудиодомофонное оборудование.
75. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств 584 KB
  Современные методы расчета подшипников качения и подшипников скольжения. Общие сведения о вариантах применения, конструкциях, режимах работы подшипников. Условный расчет подшипников скольжения, статическая грузоподъемность.
76. Решение задач оптимизации. Метод равномерного симплекса после завершения одного оборота 770.5 KB
  Метод равномерного симплекса после завершения одного оборота в области расположения стационарной точки. Отработка навыков решения задач безусловной оптимизации функции нескольких переменных методами прямого поиска и отработка навыков решения задач безусловной оптимизации градиентными методами.
77. Разработка методики проектирования схемы малошумящего усилителя 498.5 KB
  Усилитель выполнен в виде монолитной микроволновой интегральной схемы, цепи усилителя состоят из элементов с сосредоточенными параметрами. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя без согласующих цепей.
78. Классы Фиттинга конечных групп. Изучение множества с заданными алгебраическими операциями 614.5 KB
  Изучение множества с заданными алгебраическими операциями и отношениями. Двойственность классов Фиттинга, приведение последовательности и доступности изложения основных классовых и групповых теорий.
79. WEB–орієнтована інформаційна система Math 615.5 KB
  Теоретичні відомості розробки інформаційного сервера. Крім доступу до статичних документів сервера існує можливість одержання документів як результату виконання прикладної програми. Саме зазначені технології на основі загальних принципів побудови мережі Internet і, особливо, на базі системи протоколів.
80. Експлуатації та ремонт транспортних засобів в ПСП Комишанське 388 KB
  Основні положення технічного обслуговування транспортних засобів сільськогосподарського призначення. Використання транспортних технологій для перевезення цукрових буряків, безпека розвантажувальних та навантажувальних робіт.
81. Особенности уголовной ответственности и наказания несовершеннолетних 1.46 MB
  История развития уголовного законодательства об ответственности несовершеннолетних. Сущность, цели и принципы наказания несовершеннолетних. Уголовно-правовые меры противодействия преступности.