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 звязані 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

36857. Чрезвычайные ситуации. Действия в ЧС 215.59 KB
  Поражающий фактор источника ЧС — составляющая опасного явления или процесса физического, химического или биологического (бактериального) характера, вызываемого источником ЧС и приводящего к поражению людей, сельскохозяйственных животных и растений, хозяйственных и иных объектов, элементов окружающей природной среды.
36858. Построение двумерных графиков 396 KB
  plotxy[xcpycpcption] x массив абсцисс; y массив ординат; xcp ycp cptionподписи осей X Y и графика соответственно. Затем воспользуемся функцией plotxy для построения кривой и выведем с ее же помощью подписи координатных осей X Y а также имя графика plot function y=sincosx Листинг 4. Построение графика функции y = sincosx с помощью функции plot x=2pi:0.
36859. РАБОТА СО СВОДНЫМИ ТАБЛИЦАМИ В MS EXCEL 88.5 KB
  РАБОТА СО СВОДНЫМИ ТАБЛИЦАМИ В MS EXCEL Цель работы: рассмотреть возможности обработки больших массивов данных средствами MS Excel научиться создавать сводные таблицы и управлять данными. Установите курсор в диапазоне ячеек содержащих значения заголовки строк и столбцов В любую заполненную данными ячейку таблицы Чтобы создать сводную таблицу на вкладке Вставка в группе Таблицы выберите раздел Сводная таблица а затем пункт Сводная таблица. На экран будет выведено диалоговое окно Создание сводной таблицы. На отдельном листе будет...
36860. Функция plot2d 690.5 KB
  Функция plot2d plot2d[logflg]xy[key1=vlue1key2=vlue2. Следует отметить что вовсе не обязательно использовать полную форму записи функции plot2d со всеми ее параметрами. В простейшем случае к ней можно обратиться кратко как и к функции plot. Создавать массив Y необязательно следует лишь в качестве аргумента функции plot2d указать математическое выражение функции.
36861. Форматирование графиков функций 724 KB
  Visibility отображение графика переключатель принимающий значения on и off. Figure nme имя графика это последовательность символов которые выводятся в строке заголовка графического окна. По умолчанию графическому окну присваивается имя Scilb Grphic d где d это порядковый номер графика Figure id.
36862. Word: Работа с таблицами 80 KB
  Выполните подготовительные действия для работы с таблицами: выполните команду меню Таблица и в меню этой команды установите команду Отображать сетку если в этой строке установлена команда Скрыть сетку то выделите эту строку и нажмите на левую кнопку мыши после чего там появится команда Отображать сетку; выведите на экран панель инструментов Таблицы и границы что проще всего сделать нажатием на кнопку Панель границ на Стандартной панели инструментов но можно также или использовать контекстное меню в области панелей...
36863. Работа со сводными таблицами. Создание сводных таблиц 681.5 KB
  Сохраните документ в своей папке под именем Сводные таблицы. Установите курсор в диапазоне ячеек содержащих значения заголовки строк и столбцов В любую заполненную данными ячейку таблицы Выберите команду Данные Сводная таблица. Во втором диалоговом окне проверьте правильно ли выделен диапазон данных для создания сводной таблицы или задайте диапазон данных если диапазон не был выбран Рис. Третье диалоговое окно предлагает выбрать лист для размещения сводной таблицы оставьте принятую по молчанию установку Новый лист Рис.
36864. Исследование недвоичных счетчиков 72.5 KB
  При построении счетчиков с дешифратором состояния наиболее целесообразно использовать счетчики интегрального состояния например 74191 см. Счетчик с дешифратором состояния. D; счетный вход ─ CLK; вход направления счета ─ U суммирование активен высоким уровнем ─ D вычитание активен низким уровнем; вход управления предварительной установкой ─ LOD; выход переноса ─ RCO выход дешифратора состояния активен низким уровнем при достижении последнего состояния счетчика. При выполнении этой части работы необходимо снимать временные диаграммы...
36865. Построение трехмерных графиков в Scilab 676.5 KB
  Функции plot3d и plot3d1 В Scilb поверхность можно построить с помощью функций plot3d или plot3d1. Их отличие состоит в том что plot3d строит поверхность и заливает ее одним цветом а plot3d1 поверхность каждая ячейка которой имеет цвет зависящий от значения функции в каждом соответствующем узле сетки. Обращение к функциям следующее: plot3dxyz[thetlphlegflgebox][keyn=vluen] plot3d1xyz[thetlphlegflgebox][keyn=vluen] здесь x векторстолбец значений абсцисс; y векторстолбец значений ординат; z матрица значений...