22829

ЯВИЩЕ ГІСТЕРЕЗИСУ В ФЕРОМАГНЕТИКУ

Лабораторная работа

Физика

ЯВИЩЕ ГІСТЕРЕЗИСУ В ФЕРОМАГНЕТИКУ Особливий клас магнетиків становлять феромагнетики – речовини здатні мати намагнічення у відсутності зовнішнього магнітного поля.21 наведена залежність модуля вектора намагнічення від напруженості зовнішнього поля для феромагнетика з попереднім магнітним полем рівним нулеві основна або нульова крива намагнічення . При деякому значенні H намагнічення досягає насичення оскільки вектор магнітної індукції та вектора намагнічення зв’язані співвідношенням то при досягненні вектор стає функцією від:...

Украинкский

2013-08-04

115 KB

4 чел.

РОБОТА №10. ЯВИЩЕ ГІСТЕРЕЗИСУ В ФЕРОМАГНЕТИКУ

Особливий клас магнетиків становлять феромагнетики – речовини, здатні мати намагнічення у відсутності зовнішнього магнітного поля. На мал.21 наведена залежність модуля вектора намагнічення  від напруженості зовнішнього поля  , для феромагнетика з попереднім магнітним полем, рівним нулеві
( основна або нульова крива намагнічення ). При деякому значенні
H намагнічення досягає насичення  , оскільки вектор магнітної індукції  та вектора намагнічення  зв’язані співвідношенням , то при досягненні  вектор стає функцією від:  : , де m0Jнас = const . Залежність  наведена на мал.22. Для феромагнетика характерне явище гістерезису. Відрізок 0-1відповідає нульовій кривій намагнічення. Якщо довівши намагнічення до насичення (точка 1,мал.22) почати зменшувати напруженність магнітного поля H , то намагнічення буде зменшуватись не за кривою 1- 0, а за кривою 1- 2.
При досягненні значення
H = 0 намагнічення не зникне, а буде мати місце залишкового намагнічення. Йому відповідає залишкова індукція Bзал. Лише під дією протидежного за напрямком поля Нк намагнічення стане рівне нулеві (точка 3). Напруженість Нк називається коерцитивною силою.
        Існування залишкової намагніченості дає можливість виготовити постійні магніти. При дії на феромагнетик змінного магнітного поля індукція змінюється у відповідності з кривою 1 – 2 – 3 - 4 – 5 - 1,що і називається петлею гістерезису ( аналогічну петлю можна одержати і на діаграмі
JH ). Максимальна петля гістерезису одержується, якщо намагніченість досягає насичення.

   

Якщо при H насичення не досягається, одержується цикл, що лежить всередині максимальної петлі гістерезису (пунктирна петля).
Отже, гістерезис приводить до того, що намагнічення феромагнетика залежить від попередньої  історії зразка.
        У зв’язку з неоднозначністю залежності
B від H поняття магнітної проникності m застосовується до основної кривої намагнічення. Відносна магнітна проникність феромагнетиків m ( а віповідно і магнітна сприйнятливість À ) є функцією напруженості поля і визначається як тангенс кута нахилу прямої, проведенної з початку координат до відповідної точки ( 1, 2, 3, мал. 23а ), тобто . При збільшенні H кут нахилу спочатку зростає, в точці 2 досягає максимуму ( пряма 0 - 2 є дотичною до кривої ), а потім зменшується. На мал. 23б наведено графік залежності m від H. При необмеженому зростанні Н значення m асимптотично наближається до одиниці ( у виразі  значення J не може перевищити значення Jнас  ).
      
Мета роботи: експериментально

дослідити залежності B = f( H ), m = f( H ) для заліза, побудувати петлю гістерезису. Визначити основні характеристики феромагнетика Bзал , Hk та mмакс.
     
Необхідні прилади: зразок, балістичний гальванометр, випрямляч, амперметр на 0 - 10 А, два реостати по 10 Ом, блок опорів з вимикачами, два подвійних перемикача, ЛАТР.
     Досліджуваний зразок ( залізо ), виготовлений у вигляді тороїда. Тороїд має первинну обмотку з кількістю витків
N1, вторинну з кількістю витків N2 ( мал. 24 ).Через первинну обмотку пропускається струм, що створює намагнічуюче поле. У коло вторинної обмотки увімкнений гальванометр. Щоб побудувати нульову криву намагнічення, зразок необхідно перш за все розмагнітити. Тому в колі тороїда стоїть перемикач П1, за допомогою якого первинну обмотку тороїда можна підключити або у схему розмагнічування ( мал.24, праворуч від П1 ) або у схему живлення ( ліворуч від П1 ).


       Для розмагнічування тороїда в первинній обмотці
N1 за допомогою автотрансформатора ( ЛАТР ) та послідовно зєднаного реостата  R2 струм спочатку плавно збільшують від 0 до 10 А, а потім зменшують до нуля. Після такої операції осердя тороїда можна вважати розмагніченим.

У схему живлення намагнічуючої обмотки тороїда подають напругу від випрямляча. Стрибкоподібна зміна величини струму здійснюється за допомогою спеціального блока опорів з закорочуючими вимикачами ( на мал. 24 пунктирна лінія ). Напрям струму в колі можна змінити за допомогою перемикача П2 .

При ввімкненні кола в первинній обмотці тороїда струм зросте від 0 до I,а у вторинній обмотці з опором r2 виникає е.р.с. індукції eінд  і через гальванометр з опором rg пройде деяка кількість електрики Dq1:

,  ( 1 )

де S - площа поперечного перетину тороїда,  DB1 - зміна магнітної індукції у досліджуваному зразку.

Якщо час проходження струму в гальванометрі значно менший за період вільних коливань рамки гальванометра, то величина першого відхилення n1 пропорційна кількості електрики, що пройшла через рамку гальванометра.

 ,  ( 2 )

де Cб - балістична стала гальванометра, L віддаль дзеркала гальванометра до шкали.

З рівнянь ( 1 ) та ( 2 ) маємо: 

,  ( 3 )

де   - постійна величина для даної схеми.

Отже, для визначення величини DB необхідно виміряти величину відхилення показника гальванометра n1 . Вимірюючи зміну магнітної індукції в зразку при зміні напруженості магнітного поля Н можна дослідити залежність B = f( H ) ( мал. 22 ).

Для одержання нульової кривої намагнічування ( крива 0 – 1 на мал. 22 ) шляхом послідовного закорочування опорів r1r6 збільшують струм від I1 до I6 , а, відповідно, напруженість від Н1 до Н6 та величину індукції від B1 до B6 , кожного разу вимірюючи відхилення гальванометра. Таким чином, із ряду дослідів одержимо: 

B1 = B1 = kn1 ,

B2 =B1 + B2 =kn1 + kn2 = k( n1 + n2 ),

B3 =B2 + B3 = k( n1 + n2 ) kn3 = k( n1 + n2 + n3),  ( 4 )

………………………………………………………

.

Для кожного із випадків напруженість розраховується наближено за формулою

, ( 5 )

де l - довжина тороїда.

Для побудови відрізка петлі гістерезису 1 – 2 ( мал. 22 ) слід зменшувати стрибкоподібно величину струму шляхом розкорочування опорів у порядку r6  r1 , знімаючи при цьому покази гальванометра ( з урахуванням знаку ). Щоб одержати відрізок 2 – 3 – 4 , слід  змінити положення перемикача П2, тобто подати в коло стум оберненого напрямку, і провести виміри збільшуючи значення струму до Iмакс. Відрізок 4 – 5 дістанемо, зменшуючи струм до нуля. Щоб одержати ділянку 5 – 6 – 1 і замкнути петлю гістерезису, треба знову змінити напрям струму і провести виміри, збільшуючи струм від 0 до Iмакс .

Якщо в послідовності виконання роботи були допущені якісь помилки, слід розмагнітити зразок і виміри провести з самого початку.

Завдання та обробка результатів вимірювань

Зібрати схеми ( мал. 24 ).

Розмагнітити зразок. При цьому ( УВАГА!!! ) коло вторинної обмотки повинно бути розімкнутим ( ключ К2 розімкнений ), гальванометр закорочений. Після розмагнічування зразка ЛАТР відключити від мережі.

Перемкнути П1 на схему живлення первинної обмотки тороїда. Подати з випрямляча напругу 30 В.  У колі вторинної обмотки ключ К2  замкнути, К3  розімкнути.

Дослідити нульову криву намагнічування та петлю гістерезису.

Результати дослідів занести до таблиці: 

Серія

ni

I

A

H

А/м

B = k ni

T

 

При розрахунку  ni  урахувати знак  ni . Значення B одержати в теслах ( Вб/м2 ) з формул ( 3 ) та ( 4 ). Значення напруженості Ні розрахувати за ( 5 ), підставляючи I в амперах,  L в метрах.

Перш, ніж розрахувати H та B,  не розбираючи експериментальної установки, побудувати графік  ni = f( I  ) і впевнитися, що одержано замкнену гриву гістерезису, інакше дослід треба повторити.

Побудувати графік залежності B = f( H ), визначити величину залишкової намагніченності Bзал  та коерцитивну силу Hk. Побудувати залежність m = f ( H) , де . Визначити mмакс. Значення m , що відповідає H = 0, знайти за рівнянням .

У звіті подати для першої експериментальної точки розрахунки B, H та m з перевіркою розмірностей формул.

Оцінити систематичну похибку методу при визначенні H, B та m для першої експериментальної точки.

Контрольні питання

Які характерні особливості феромагнетиків?

Який хід залежності вектора намагнічення  та величини магнітної індукції  від ? Написати зв’язок між ними та .

У чому полягає явище гістерезису?

Що таке залишкова індукція та коерцитивна сила?

У чому полягає балістичний метод вивчення гістерезису?

Як залежить магнітна проникність m феромагнетика від H?

Список літератури

Калашников С. Г. “ Электричество ”. – М., 1970. – С. 257 – 259.

Савельев И. В. “ Курс общей физики ”.  – М., 1978. – С. 147 – 171.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55114. ИСТОРИЯ РИТОРИКИ 217.5 KB
  Интерес представляет риторическое обучение в духовных академиях и старообрядческих общинах. В библиотеках Москвы, Киева, Санкт-Петербурга хранятся многочисленные рукописи учебников, созданных учителями риторики для своих учеников, различные сборники с риторическими статьями и школьными речами.
55115. Почвозащитная способность сельскохозяйственных культур и севооборотов. Проектирование севооборотов с учетом уклонов на пашне. Методические указания 318.5 KB
  Озимые зерновые пропашные культуры зернобобовые яровая пшеница гречиха Просо Пласт многолетних трав пропашные культуры озимые зерновые залежь Гречиха Пропашные яровые зерновые зернобобовые культуры Зернобобовые...
55116. Основы молекулярной генетики, моделирование процессов кодирования наследственной информации 38 KB
  Определить антикодоны транспортных РНК, которые осуществляют доставку к рибосомам следующих аминокислот: фенилаланин, серин, тирозин, цистеин, лейцин, треонин, лизин, глутамин.
55117. Рекультивация почв, засоленных и осолонцованных при загрязнении нефтепромысловыми сточными водами (НСВ). Методические указания 309 KB
  Цель занятия: научиться разрабатывать системы мероприятий по рекультивации засоленных и загрязненных НСВ земель; дать студентам знания: по известкованию почвы; изучить методы и расчеты норм известкования почвы; по гипсованию почвы; изучить методы и расчеты норм гипсования почвы; по засолению почв промывке почв; изучить методы и расчеты промывной нормы при засолении почвы....
55118. Единый социальный налог (взнос) 171 KB
  При однократном использовании данной льготы доходы за исключением оплаты труда наемных работников получаемые членами зарегистрированных в установленном порядке родовых семейных общин малочисленных народов Севера от реализации продукции полученной в результате...
55119. Рекультивация земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Методические указания 313 KB
  Ликвидация последствий разливов нефти проводится часто таким способом что происходит необратимое уничтожение плодородного слоя почвы например при сжигании нефти засыпке загрязненных участков грунтом вывозе загрязненной почвы в отвалы. 1988 смешивание загрязненных почв с чистой почвой для уменьшения содержания нефти и нефтепродуктов...
55121. Налог на прибыль организаций 188 KB
  Иностранные организации осуществляющие свою деятельность в Российской Федерации через постоянные представительства и или получающие доходы от источников в Российской Федерации. Не признаются налогоплательщиками организации являющиеся иностранными организаторами Олимпийских игр и...
55122. Закономерности наследования признаков 70.5 KB
  Цели: сформировать умения определять генотип и фенотип детей по генотипу родителей, а также генотип родителей по фенотипу детей, прогнозировать проявление признаков в потомстве.