50051

Изучение петли гистерезиса и измерение параметров ферромагнетика

Лабораторная работа

Физика

Они способны сохранять намагниченность в отсутствие магнитного поля. Особенностью ферромагнетиков является сложная нелинейная зависимость между намагниченностью J и напряженностью магнитного поля H равносильно между вектором магнитной индукции В и напряженностью магнитного поля H. В действительности она является функцией напряженности поля Н и определяется как . Оно проявляется в том что при изменении намагничивающего поля Н магнитная индукция В в ферромагнетике отстает от внешнего магнитного поля Н.

Русский

2014-01-15

168.5 KB

39 чел.

Лабораторная работа № 5.22*

Изучение петли гистерезиса и измерение параметров ферромагнетика

Цель работы: наблюдение магнитного гистерезиса и экспериментальное определение параметров ферромагнитного материала.

Приборы и принадлежности: блок генератора напряжений ГН1, цифровой осциллограф PicoScope 2203, стенд с объектами исследования СЗ-ЭМ01, соединительные провода.

Краткие теоретические сведения

Ферромагнетиками называются твердые вещества, в которых наблюдается явление спонтанной намагниченности. Они способны сохранять намагниченность  в отсутствие магнитного поля.

Особенностью ферромагнетиков является сложная нелинейная зависимость между намагниченностью J и напряженностью магнитного поля H (равносильно между вектором магнитной индукции В и напряженностью магнитного поля H). Вследствие нелинейной связи между величинами  В и Н для ферромагнетиков теряет смысл введение магнитной проницаемости, как определенной постоянной величины. В действительности она является функцией напряженности поля Н и определяется как

.  (1)

Вторая особенность ферромагнетиков состоит в том, что для них зависимость В от Н неоднозначна, а определяется предысторией намагничивания ферромагнитного образца. Это явление называется магнитным гистерезисом. Оно проявляется в том, что при изменении намагничивающего поля Н, магнитная индукция В в ферромагнетике отстает от внешнего магнитного поля Н. В результате при выключении поля Н ферромагнетик остается намагниченным и магнитная индукция в нем равна Br (остаточная намагниченность). Чтобы уничтожить остаточную намагниченность в ферромагнетике необходимо наложить внешнее поле противоположного направления и величины Нс (коэрцитивная сила ферромагнетика). По величинам Br и Нс ферромагнетики делятся на магнитомягкие и магнитожесткие. Наличие гистерезиса приводит к тому, что, при периодическом изменении напряженности от +Н до –Н, значения В образуют замкнутую кривую, называемую петлей гистерезиса. Площадь петли определяет количество тепла, выделяющееся в единичном объеме за один цикл перемагничивания ферромагнетика

.      (2)

Петлю гистерезиса можно наблюдать на экране осциллографа, если на горизонтально отклоняющие пластины подать напряжение Ux, пропорциональное Н, а на вертикально отклоняющие пластины-Uy, пропорциональное В.

Для наблюдения петли гистерезиса и измерения ее параметров необходимо собрать следующую электрическую схему (рис. 2).

 

Трансформатор представляет собой замкнутый ферромагнитный сердечник, на котором размещены две обмотки: I-намагничивающая и II-измерительная. При пропускании переменного тока по обмотке I на сопротивлении R1 возникает напряжение Ux пропорциональное току I, в свою очередь напряженность поля Н также пропорциональна величине I. Следовательно напряжение Ux пропорционально величине Н, которая изменяется от +Н до –Н. Во вторичной обмотке возникает ЭДС индукции, пропорциональная скорости изменения магнитной индукции . Цепь RC выполняет роль интегрирующей ячейки, поэтому Uc=Uy~, т.е. В. Для проведения количественных измерений необходимо установить соотношения между величинами Ux и Н, между величинами Uy и В.

Рассмотрим условие, при котором начало координат находится в центре петли. Напряженность магнитного поля Н, создаваемого первичной обмоткой с числом витков N1 в ферромагнитном сердечнике, определяется как

Н=aUX, (3)

где Ux – значение напряжения в канале В. Коэффициент

, (4)

где l-длина средней линии ферромагнитного сердечника, на котором равномерно распределена первичная (намагничивающая) обмотка; R1-сопротивление, последовательно соединенное с первичной обмоткой.

Индукция магнитного поля в ферромагнетике В

B=bUY, (5)

где UY - значение напряжения в канале А.  Коэффициент

, (6)

где R и С- сопротивление и емкость интегрирующей ячейки; N2 –число витков вторичной обмотки; S-площадь поперечного сечения ферромагнитного образца (сердечника трансформатора).

Мощность, расходуемая на один цикл перемагничивания ферромагнитного образца, называемая мощностью потерь, пропорциональна площади петли гистерезиса.

Р=cSпетли, (7)

где Sпетли- площадь петли гистерезиса, измеренная в делениях шкалы осциллографа;

, (8)

где n - частота колебаний напряжения, подаваемого с генератора звуковых частот на первичную обмотку.

Порядок выполнения работы

1. Соберите схему, приведенную на рис 2.

2. Установите частоту колебаний напряжения 40 Гц, с помощью кнопки “F” на ГН1.

3. Установите рекомендуемые резистор и конденсатор RC-ячейки R5 и С4.

4. Установите максимальное напряжение ГН с помощью регулятора.

5. Запустите на компьютере программу PicoScope 6.

6. Убедитесь что на панели настройки каналов для канала А значение диапазона входного сигнал установлено «Авто».

7. Включите отображение канала B. Для этого установить на панели настройки каналов для канала В значение диапазона входного сигнал «Авто» .

8. Включите отображение по оси X входной сигнал канала A. Для этого по рабочей области программы нажать правую клавишу мыши и в контекстном меню в пункте «Ось-Х» выбрать пункт «A».

9. Для получения четкой картины на панели захвата изображения  выберать клавишу автоматической установки . Далее, на панели настройки каналов в меню параметра каналов установить для каждого канала значение разрешения 11 бит. Также установите коэффициент развертки 10 ms/div.

10. Остановите обработку данных осциллографом нажав  на панели запуска/остановки  кнопку «стоп» .

11. Нажатием левой клавиши мыши по соответствующему участку графика, определите в окне программы PicoScope значения Ux и Uy, соответствующие коэрцетивной силе ферромагнетика (Ux_c), точке, где наблюдается остаточная намагниченность (Ux_r) и точкам, соответствующим максимальному значению индукции магнитного поля (Uy_м) и максимальному значению напряженности магнитного поля (Ux_м). Запишите полученные

значения в табл. 1.

12. Рассчитайте коэффициенты a, b по формулам (4), (6) и запишите в табл. 1. Параметры трансформатора, емкости и сопротивления указаны на СЗ-ЭМ01: (S=0.64*10-4 м2, l=0,078 м , N1=1665, N2=970, R1=68 Ом, R5=4.70*105 Ом, С4 = 0,47*10-6 Ф.)

13. Пользуясь формулами (3) и (5), определить коэрцитивную силу Нс и остаточную индукцию Br. Запишите полученные значения в табл. 1.

14. По формулам (3) и (5) определите Hм и Bм. Полученные значения запишите в табл. 1.

15. Включите обработку данных осциллографом нажав на панели запуска/остановки     кнопку «пуск» .

16. Уменьшая напряжение генератора регулятором напряжения на генераторе ГН1, находящегося на лицевой части генератора левее кнопки переключения частоты, получите соответствующие им петли гистерезиса, повторите для каждого напряжения п. 12. Результаты измерений запишите в табл. 2. Необходимо получить 10 значений Ux_мi и Uyi.

17. По данным таблицы 2 постройте основную кривую намагничивания B=¦(H). По графику кривой намагничивания рассчитайте значения магнитной проницаемости  для различных интервалов DН и постройте график m=¦(Н), принимая конкретное значение mi к среднему значению Н на соответствующем интервале. Магнитная постоянная µ0 = 4π*10-7 Гн/м.

18. Сравните полученную кривую m=¦(Н) с теоретической кривой. Сделайте выводы.

Таблица 1

α

β

Ux_c

Uy_r

Ux

Uy

Br

Hc

Bм

Hм

Таблица 2

Uxi, В

Uyi, B

B_мi, Тл

H_мi, А/м

DВ, Тл

DH, А/м

m

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Контрольные вопросы

  1.  Ферромагнетики и их свойства. Доменная структура ферромагнетиков.
  2.  Явление магнитного гистерезиса.
  3.  Остаточная намагниченность и коэрцитивная сила ферромагнетика.
  4.  Магнитная проницаемость. Зависимость магнитной проницаемости ферромагнетика от напряженности магнитного поля.
  5.  Мощность потерь.
  6.  Определение напряженности магнитного поля в лабораторной работе.
  7.  Определение магнитной индукции в лабораторной работе.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25155. Концепця негативної діалектики 30.5 KB
  Концепця негативної діалектики Негативна діалектика термін Теодора Адорно – назва методології що функціонувала як критика до тенденцій схильного до універсалізації раціонального розуму Просвітництва зокрема того який знаходить свій вияв у процесі діалектичного розв’язання. Термін вперше з’являється в друці в 1966 році в книзі Адорно €œНегативна діалектика€. Адорно: розв’язання діалектичного протиставлення Ф. Адорно критично називає таке опосередкування €œмисленням ідентичності€.
25156. Російська релігійна філософія. Принципи всеєдності 31.5 KB
  Тому осягаючи істину в своїй теоретичній діяльності пізнаючий суб’єкт має брати суще не тільки в його даній дійсності але і в його цілісності універсальності тобто прагнути до пізнання всього у всьому€ в розвиваючій ся в полярних визначеннях€ єдності. Безумовна єдність€ як досконалий синтез істини добра і краси0 осягається за Соловйовим лише засобами цілісного знання€. За своєю структурою цілісне знання є органічною єдністю синтезом таких 3х необхідних компонентів як теологія філософія і досвідна наука. Тільки такий...
25157. Підсумкова робота Йєнського періоду творчості 34.5 KB
  тотожність буття та мислення – світ як прояв ідеї поняття Духа – процес самопізнання Абсолютною Ідеєю самої себе і процес породження дійсності тобто в феноменології розглядається еволюція людської свідомості розробка і реалізація принципу історизму формування ідеї тріадичності теза антитеза синтез істина як процес діалектика володаря і раба Абсолютна ідея в своєму розвитку проходить три етапи: розвиток ідеї у власному лоні в стихії чистого мислення€ Логіка розвиток ідеї у формі інобуття тобто в формі природи Філософія...
25158. Ідеалізація та ідеальні обєкти в науковому пізнанні 37.5 KB
  Ці предмети існують поза і незалежно від суб'єкта що пізнає і відображаються їм за допомогою органів почуттів мислення й мови. Вони називаються ідеалізованими об'єктами а процес їхнього створення ідеалізацією. Ясно що створення ідеалізованого об'єкта необхідно містить у собі абстракцію відволікання від ряду сторін і властивостей досліджуваних конкретних предметів. Але якщо ми обмежимося тільки цим те ще не одержимо ніякого цілісного об'єкта а просто знищимо реальний об'єкт або ситуацію.
25159. Суспільно-культурологічні засади еліністично-римської філософії, її періодизація 30.5 KB
  В стоїцизмі знаходить своє обґрунтування натурфілософія епохи еллінізму. Необхідно обґрунтувати ідеал внутрішньої свободи відбувається обґрунтування становища людини в новому світі світі монархії деспотичний режим. Але система обґрунтування в різних школах була різна. Головна задача філософії – обґрунтування та досягнення щастя людини.
25160. Єдність та багатоманітність історії як філософсько-історична проблема 29 KB
  Єдність та багатоманітність історії як філософськоісторична проблема. Осягнення всесвітньої історії в її єдності і багатоманітності проявів – головна мета філософії історії. На відміну від дослідження історика який зосереджується на описі одиничних фактів філософське осмислення історії завжди намагається усвідомити ціліснсть історичного процесу. Вихідною при поясненні окремих явищ історії з філософсько – історичної позиції є ідея закономірності історичного розвитку і саме вона становить фундамент для побудови загального...
25161. Ідеологія, її місце в житті суспільства 26 KB
  В ній з більшою чи меншою адекватністю виражено їх соціальне становище колективний інтерес історичну еволюцію сучасний стан можливі перспективи розвитку€ Можна визначити ряд характеристик ідеології з метою кращого усвідомлення даного феномену: завжди дає цілісну картину світу акцентуючи увагу на місці і ролі людини в цьому світі; інтерферує знання отримані попередніми поколіннями; стимулює і направляє людську поведінку інтегруючи суспільні дії; є організуючою формою громадського життя; в цілому визначає перетворення розвиток і...
25162. Ф.Шеллінг про місце натурфілософії в системі знання 25.5 KB
  Система трансцендентального ідеалізму – це шлях від суб’єкта до об’єкта. А натурфілософія – це шлях від об’єкта до суб’єкта. А як в природі зародилося це ідеальне Цим ідеальним є дух або безкінцевий суб’єкт. В абсолютному розумі суб'єкт і об'єкт нерозривно пов'язані створюють цілісну нерозрізнюваність суб'єктивного й об'єктивного .
25163. Концепція локальних цивілізацій Тойнбі 27 KB
  Концепція локальних цивілізацій Тойнбі Заперечення лінійної універсальної моделі історії. Критика класичної теорії історії Тойнбі – культурноцивілізаційні моделі історії спираючись на доробок Шпенглера створив концепцію коловороту локальних цивілізацій; одиниця аналізу локальна цивілізація 21 Формування розвиток та занепад локальних цивілізацій Відмова від ідеї універсалізму історії і утвердження ідеї полілінійності варіативності багатоманітних історичних систем Майбутнє – не передбачуване залежить від вибору який робить те чи інше...