42155

СНЯТИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА И КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Величины Н и В можно определить зная величину напряжений вызывающих отклонение электронного луча на одно деление по осям Х и Y при данном усилении: где координаты петли гистерезиса в единицах координатной сетки kx ky – коэффициенты пропорциональности определяемые для каждого осциллографа. Величина этой энергии приходящейся на единицу объема образца w определяется в координатах в виде w = BdH и равняется...

Русский

2013-10-27

82 KB

19 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 – 3

СНЯТИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА И КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ

ФЕРРОМАГНЕТИКА С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель работы - экспериментальное определение координат петли гистерезиса и расчет потерь на перемагничивание ферромагнетика с помощью электронного осциллографа.

ПОСТАНОВКА  ЗАДАЧИ

В качестве исследуемого образца взят ферромагнетик в форме тороида (рис. 1). Первичная обмотка тороида (I) питается через сопротивление  R  переменным током I1. Напряженность магнитного поля, создаваемая обмоткой тороида, вычисляется, как и для бесконечного соленоида, по формуле

                                   ,                                                         (1)

где  N1 число витков первичной обмотки тороида, - длина средней линии тороида. Так как ток идет по сопротивлению  R1, то падение напряжения на нем равно  IR = U1. Оно подается на горизонтально отклоняющие пластины и выражается с помощью (1) в виде:

                                    .                                        (2)

Из (2) видно, что  UX пропорционально Н.

        Во вторичной обмотке (II) источником тока  I2  является переменная ЭДС индукции, возбуждаемая во вторичной обмотке. Она определяется с помощью закона электромагнитной индукции

                              Е = -,                         (3)

где N2 – число витков вторичной обмотки тороида, Ф – поток вектора магнитной индукции  В  через сечение тороида S.

         Под действием ЭДС конденсатор  С  заряжается. Из выражения для силы тока   следует  dq = Idt, а суммарный заряд, поступающий на конденсатор за время  t , определится в виде

                                                    .                                                  (4)

Сила тока в цепи (II) будет определяться величиной ЭДС и разностью потенциалов на конденсаторе  :

                                  .                                         (5)

         В работе величина RC выбирается достаточно большая, чтобы  UC  E2. Тогда можно принять  . Так как напряжение на конденсаторе , то в соответствие с (3), (4) и (5) получим

                      .                  (6)

         Из (6) следует, что напряжение  UC, подаваемое на вертикально отклоняющие пластины пропорционально  В. Таким образом, на одни пластины подается напряжение, пропорциональное Н, на другие – пропорциональное В. Следовательно, луч на экране электронно-лучевой трубки будет описывать кривую зависимости В  от  Н, то есть   В = f (Н).

         Величины  Н  и  В  можно определить, зная величину напряжений, вызывающих отклонение электронного луча на одно деление по осям  Х  и  Y  при данном усилении:

                                       ,

где  ,  - координаты петли гистерезиса в единицах координатной сетки,  kx , ky – коэффициенты пропорциональности, определяемые для каждого осциллографа.

         Подставляя полученные значения  Ux    и Uy , получим:

                                                                       (7)

По найденным значениям  НI  и BI  строим кривую намагничивания.

         Определение потерь на перемагничивание.

         При перемагничивании часть энергии магнитного поля затрачивается на работу по перемещению междоменных границ. Величина этой энергии, приходящейся на единицу объема образца  w, определяется в координатах в виде  w = BdH и равняется площади S петли гистерезиса (w = S ), выраженной в единицах  В  и  Н. Величина  w  представляет собой энергию, выделяющуюся в виде теплоты в единице объема тороида за один цикл перемагничивания. Если  f – частота переменного тока, то количество теплоты, выделяемое за 1 с, равно

                                      Q = w f = S f.

Эта выделяемая теплота называется удельной мощностью электромагнитных потерь.

         Найдем площадь петли гистерезиса. Цена одного деления по оси  Н, как следует из (7), равна  , а по оси  В:  . Тогда площадь одной клетки будет равна  x y. Если петля содержит  n клеток, то площадь ее равна  S = x y n. Количество теплоты, выделяющееся в единице объема тороида за 1 с, будет равно                 

                                            Q = x y f n     Дж/(м3 с).                                  (8)

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Петлю гистерезиса можно получить на экране электронно – лучевой трубки осциллографа. Для этого ферромагнетик надо поместить в магнитное поле, создаваемое переменным полем. На горизонтально отклоняющие пластины подать напряжение UX, пропорциональное напряженности магнитного поля Н, а на вертикально отклоняющие пластины – UY, пропорциональное индукции магнитного поля В.

Схема установки приведена на рис. 1.

                                             Рис. 1

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 Упражнение I. Снятие кривой намагничивания.

1. Изучите схему установки, изображенную на рис. 1.

2. Включите осциллограф тумблером «Сеть» и установите светящееся пятно в центре координатной сетки.

3. Включите установку в сеть и с помощью потенциометра подайте на тороид максимальное напряжение, а реостатом установите ток, максимальное значение которого указано на установке. При большем токе обмотка тороида может перегреться

4. С помощью ручки осциллографа «Усиление по Y» установите петлю гистерезиса, изображенную на рис. 3 введения во всю площадь экрана. Если петля слишком узкая или слишком широкая, то ее можно подкорректировать с помощью реостата  R1.

5. Уменьшая напряжение с помощью потенциометра, получите на экране семейство петель гистерезиса. Для каждого значения тока определите координаты вершины петли. Измерения проводите до тех пор, пока петля не стянется в точку. Координаты вершин занесите в табл. 1.

Таблица 1   

№ п/п

nX (делений)

   Н (А/м)

nY (делений)

       В (Т)

1

10

6. По формулам (7) вычислите значения  х  y.

7. Вычислите значения  Hi = x nxi и  Bi =  y nyi  для координат вершин всех петель гистерезиса.

8. По полученным результатам постройте график  B = f (H).

Упражнение 2. Определение остаточной индукции и коэрцитивной силы.

  1.  На экране осциллографа получите максимальную петлю гистерезиса (см. упр.1). Ручки «Усиление по Х» и «Усиление по Y» находятся в том же положении, что и в упражнении I.
  2.  Определите координаты точки пересечения оси  В  и петли гистерезиса – ny . Вычислите остаточную намагниченность:  Br = nyy.
  3.  Определите координаты точки пересечения оси  Н  и петли гистерезиса nX. Вычислите коэрцитивную силу: HC = nXX.

Упражнение 3.. Определение потерь на перемагничивание.

  1.  На экране осциллографа получите максимальную петлю гистерезиса (см. упр. 1). Ручки «Усиление по  Х» и «Усиление по  Y» должны занимать точно такое же положение, как и в упражнении 1.
  2.  Снимите координаты 20 различных точек в делениях координатной сетки экрана и занесите в табл. 2

Таблица 2

№ п/п

nx (делений)

Ny (делений)

1

20

  1.  Начертите петлю гистерезиса на миллиметровой бумаге, выбирая на осях «Х» и «Y» такой же масштаб, как и на координатной сетке экрана.
  2.  Подсчитайте число клеток и вычислите площадь петли в единицах координатной сетки.
  3.  Определите значения  КХ и КY  и вычислите  х и  Y. Если положения ручек усиления по  «Х»  и  «Y» остались без изменения, возьмите значения КХ и КY из упражнения 1.
  4.  По формуле (8) вычислите удельные потери на перемагничивание.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Что называется магнитной проницаемостью вещества?
  2.  Классическая теория ферромагнетизма Вейса.
  3.  Квантовая природа ферромагнетизма.
  4.  Как происходит процесс перемагничивания?
  5.  В чем заключается явление гистерезиса?
  6.  Как объясняется остаточная намагниченность?
  7.  Как получить сигнал, пропорциональный напряженности магнитного поля Н?
  8.  Как получить сигнал, пропорциональный магнитной индукции  В?
  9.  Что называется удельной мощностью электромагнитных потерь?

16


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74791. Степени свободы молекул. Распределение энергии по степеням свободы. Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости газов. Удельная и молярная теплоемкости 61.5 KB
  Различают теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении если в процессе нагревания вещества его объем или давление поддерживается постоянным В молекулярно-кинетической теории пользуются моделью идеального газа удовлетворяющей следующим условиям...
74792. Барометрическая формула. Больцмановское распределение частиц в потенциальном поле 41.5 KB
  При выводе основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов и максвелловского распределения молекул по скоростям предполагалось что на молекулы газа внешние силы не действуют поэтому молекулы равномерно распределены по объему.
74793. Опыт Перрена. Число столкновений, среднее время между столкновениями и средняя длина свободного пробега молекул. Статистическое понятие вакуума 45.5 KB
  Число столкновений среднее время между столкновениями и средняя длина свободного пробега молекул. Используя молекулярно-кинетическую теорию разработал теорию броуновского движения. Опыты Перрена показали что закономерности броуновского движения предсказанные...
74794. Распределение частиц (молекул) по скоростям в системах с большим количеством частиц. Формула Максвелла 39 KB
  При выводе закона распределения молекул по скоростям Максвелл предполагал, что газ состоит из очень большого числа N тождественных молекул, находящихся в состоянии беспорядочного теплового движения при одинаковой температуре. Предполагалось также, что силовые поля, действующие на газ, отсутствуют.
74795. Характеристические скорости молекул (среднеарифметическая, среднеквадратичная, вероятная). Cреднеквадратичная скорость движения молекул 34.5 KB
  Интересен вопрос о скорости движения молекул газа. В газен царит полный хаос, молекулы движутся по всем направлениям с самыми разными скоростями. Оказывается, что в газе есть молекулы с очень маленькими скоростями и с очень большими, но их сравнительно мало.
74796. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона. Точка инверсии 66 KB
  Рассмотрим эффект Джоуля — Томсона. На рис. 93 представлена схема их опыта. В теплоизолированной трубке с пористой перегородкой находятся два поршня, которые могут перемешаться без трения.
74797. Фазовые переходы. Параметры критического состояния 48.5 KB
  Фазой называется термодинамически равновесное состояние вещества отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества. Переход вещества из одной фазы в другую фазовый переход всегда связан с качественными изменениями свойств вещества.
74798. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критические параметры 51.5 KB
  Учитывая собственный объем молекул и силы межмолекулярного взаимодействия голландский физик И. Учет собственного объема молекул. Наличие сил отталкивания которые противодействуют проникновению в занятый молекулой объем других молекул сводится к тому что фактический свободный...