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

7 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

52340. Суцвіття 550 KB
  Мета уроку: сформувати поняття суцвіттязнайомити учнів з функціями суцвіть розглянути їх будову і різноманітність; розвивати: вміння виділяти головне порівнюватиузагальнювати систематизувативміння розпізнавати суцвіття і тренувати їх у застосуванні набутих знань у нестандартних ситуаціях; виховувати: естетичні смаки учнів відповідальність за стан навколишнього середовища бережливе ставлення до природи. Обладнання: таблиці: Будова квітки Будова суцвіть Прості суцвіття Складні суцвіттякартки з кросвордом схемою та...
52341. Віруси 711.5 KB
  Вивчити будову класифікацію вірусів. Велика популярність персональних компютерів разом з розвитком мережі Інтернет сприяла появі великої кількості різних шкідливих програм вірусів. Постановка цілей і задач Мета: Ввести поняття €œВірус; Вивчити його будову; Класифікацію вірусів; Зясувати їх вплив на живу та неживу природу. Деякі віруси вносять також власні білки необхідні для її реалізації особливо це характерно для вірусів що містять негативні РНК.
52342. Прес-конференція «Різноманітність птахів» 71.5 KB
  Мета: розширити знання учнів про представників класу Птахи показати їх різноманітність особливості будови та способу життя пристосування до середовища; ознайомити з характерними ознаками представників надряду Безкілеві птахи та Пінгвіни з представниками кілегрудих фауни України; продовжувати розвивати комунікативні та соціальні компетентності учнів; виховувати свідоме ставлення до природи її багатств та її захисту. Птахи це диво Їх велика кількість. Птахи Хоча ви вже багато вивчили про птахів але коли ви почуєте це слово кожний...
52343. Фантазія і творчість у роботі архітекторів 4.35 MB
  Мета уроку: Розширити уявлення про дизайн, ознайомити з наукою біонікою та показати її значення в житті людей. Спонукати до пізнання законів природи, пошуку біонічних форм. Навчити створювати контурні замальовки спрощених природних форм.
52344. Охорона біосфери 163 KB
  Тема уроку Охорона біосфери Мета: закріпити знання про біосферу як екологічну систему іі складові основні її властивості узагальнити і розширити знання учнів про напрямки діяльності людини по охороні біосфери заповідний фонд України познайомити з концепцією сталого розвитку складовими екоцентричної та антропоцентричної структури свідомості; вдосконалювати навички порівнювати робити висновки; розвивати навички вирішувати екологічні ситуації самостійно готувати матеріал до уроку створювати мультимедійну...
52345. Вплив людини на стан біосфери 162.5 KB
  МЕТА: Освітня: Розвивати вміння знаходити взаємозвязки між діями й наслідками діяльності людини. Обладнання: Інтерактивна дошка слайди презентації фотографії з позитивним і негативними прикладами впливу людини на стан біосфери вірші про природу. Концепція уроку: Показати що діяльність людини стала провідним екологічним фактором на планеті й що зростання населення Землі призвело до демографичного вибуху перенаселеності й екологічних проблем; описати основні природні ресурси й наголосити на проблемі їхнього раціонального використання.
52346. Природные формы и явления. Выполнение творческой работы по представлению «Жар-птица» 407 KB
  Восприятие форм и цветных соотношений в природе. Воссоздание цветовых соотношений фактуры и текстуры в естественных формах в работе по воображению Жар-птица. Цель: Расширять знания о колорите палитре о теплых и холодных цветах цветовых ассоциациях; ознакомить с элементарными правилами рисования на компьютере. Развивать фантазию образное мышление чувство цвета умение передавать в колористической композиции чувства настроение фантазию образное мышление; уметь применять знания о цвете художественные техники и приемы...
52347. Обобщение темы «Птицы» 38.5 KB
  Цель: обобщить знания по теме Птицы проверить усвоение знаний об особенностях строения птиц раскрыть их значение в жизни природы и человека совершенствовать умения анализировать делать выводы работать с таблицами дополнительной литературой. Оборудование: таблица Птицы разных экологических групп таблица для Поля чудес сообщения детей Девиз: Птицы наши...