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

44 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

26551. ВСЭ И САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ВЫНУЖДЕННО УБИТЫХ ЖИВОТНЫХ ПРИ НЕЗАРАЗНЫХ БОЛЕЗНЯХ (ТИМПАНИЯ, ОЖОГИ, АСФИКСИЯ, ТРАВМЫ) 15.16 KB
  ВСЭ И САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ВЫНУЖДЕННО УБИТЫХ ЖИВОТНЫХ ПРИ НЕЗАРАЗНЫХ БОЛЕЗНЯХ ТИМПАНИЯ ОЖОГИ АСФИКСИЯ ТРАВМЫ. ВСЭ и санитарная оценка мяса вынужденно убитых животных при незаразных болезней. ВОСПАЛЕНИЯ ВЕРХНИХ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ а также бронхиты пневмонии плевриты бронхопневмонии и плевропневмонии незаразной этиологии регистрируют чаще у молодняка и реже у взрослых убойных животных. Наиболее частые причины болезней содержание животных в сырых холодных помещениях на сквозняках цементном полу; скармливание заплесневелых кормов...
26552. ВСЭ И САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ПРИ АКТИНОМИКОЗЕ И НЕКРОБАКТЕРИОЗЕ. НЕКРОБАКТЕРИО3 11.61 KB
  Больные овцы хромают; при поражении обеих передних ног они ползают на путовых или карпальных суставах при поражении задних конечностей овцы подставляют их далеко под живот; при глубоком поражении тканей нередко спадает роговой башмак. При поражении нескольких органов удовлетворительной упитанности туши решение о возможности использования мяса и внутренних органов принимают после проведения бактериологического исследования на наличие патогенной кокковой микрофлоры и сальмонелл. При поражении костей на месте губчатого костного вещества...
26553. ВСЭ И САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ПРИ БРУЦЕЛЛЕЗЕ 5.19 KB
  При ветеринарносанитарной оценке мяса от бруцеллезных животных учитывают клинические признаки заболевания патологоанатомические изменения и данные серологических исследований. Мясо полученное от убоя животных всех видов которые имели клинические или патологоанатомические признаки бруцеллеза выпускают после проварки. Голова печень сердце легкие почки желудки и другие внутренние органы полученные от убоя животных всех видов реагирующих на бруцеллез или имеющие клинические признаки бруцеллеза выпускать в сыром виде запрещается; их...
26554. ВСЭ ПРОДУКТОВ УБОЯ ДИКИХ ПРОМЫСЛОВЫХ ЖИВОТНЫХ 8.84 KB
  ВСЭ ПРОДУКТОВ УБОЯ ДИКИХ ПРОМЫСЛОВЫХ ЖИВОТНЫХ В зависимости от вида диких животных их мясо отличается по органолептическим признакам морфологическому и химическому составу вкусовым и кулинарным качествам. У одних животных его мало лось заяц и такое мясо относится к тощему у других бывают значительные отложения медведь северный олень кабан. У большинства диких животных сразу после снятия шкуры мясо красного цвета. МЯСО ЛОСЯ темнокрасного цвета мышцы на разрезе грубоволокнистые однородного цвета покрыты плотными хорошо...
26555. ВСЭ ПРОДУКТОВ УБОЯ ЖИВОТНЫХ ПРИ ЛУЧЕВОЙ БОЛЕЗНИ,ВЫЗВАННОЙ ВНЕШНИМ ГАММА-ОБЛУЧЕНИЕМ 3.55 KB
  ВСЭ ПРОДУКТОВ УБОЯ ЖИВОТНЫХ ПРИ ЛУЧЕВОЙ БОЛЕЗНИВЫЗВАННОЙ ВНЕШНИМ ГАММАОБЛУЧЕНИЕМ. При внешнем облучении и первом начальном периоде болезни возбуждение сменяется угнетением и общей слабостью снижается атшетит 'появляется тахикардия гиперемия слизистых оболочек одышка 'повышение температуры на 03 05 С усиливается перистальтика возможны рвота и . Третий период разгар болезни характеризуется лихорадкой снижением аппетита общим угнетением поносом с кровью j нарушениями в органах кроветворения и сердечнососудистой...
26556. ВСЭ ПРОДУКТОВ УБОЯ ПРИ ВНУТРЕННЕМ ПОРАЖЕНИИ РВ 2.97 KB
  Выздоровление длится более 3 мес а при крайне тяжелой степени наступает смертельный исход.При хроническом течении различают три степени болезни: легкую среднюю и тяжелую. При легкой степени наблюдаются функциональные изменения в сердечнососудистой системе и органах пищеварения дистоння. При средней степени снижается количество лимфоцитов и нейтрофилов с общей лейкопенией проявляется тромбоцитопения и умеренная эритропения.
26557. ВСЭ ПРОДУКТОВ УБОЯ ПРИ ЛЕПТОСПИРОЗЕ И ЛИСТЕРИОЗЕ 8.32 KB
  Если имеются дегенеративные изменения мускулатуры или желтушное окрашивание не исчезающее в течение двух суток тушу и все внутренние органы направляют на техническую утилизацию. При отсутствии дегенеративных изменений в мускулатуре но при наличии в ней желтушного окрашивания исчезающего в течение двух суток тушу а также внутренние органы не имеющие патологических изменений выпускают после проварки. Кишечник и патологически измененные органы направляют на техническую утилизацию. Патологически измененные органы кровь и головы от...
26558. ВСЭ ТУШ И ОРГАНОВ ВЫНУЖДЕННО УБИТЫХ ЖИВОТНЫХ ПРИ ОТРАВЛЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИМИ И МИНЕРАЛЬНЫМИ ЯДАМИ. ПРИЧИНА ОТРАВЛЕНИЙ И ПИЩЕВАЯ НЕПОЛНОЦЕННОСТЬ МЯСА ОТРАВИВШИХСЯ ЖИВОТНЫХ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА 21.73 KB
  ВСЭ ТУШ И ОРГАНОВ ВЫНУЖДЕННО УБИТЫХ ЖИВОТНЫХ ПРИ ОТРАВЛЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИМИ И МИНЕРАЛЬНЫМИ ЯДАМИ. ПРИЧИНА ОТРАВЛЕНИЙ И ПИЩЕВАЯ НЕПОЛНОЦЕННОСТЬ МЯСА ОТРАВИВШИХСЯ ЖИВОТНЫХ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА. В практике встречаются случаи отравлений сельскохозяйственных животных минеральными удобрениями ядовитыми растениями хлоридом натрия и другими солями минеральными ядами мышьяк медь и др. Особо опасны при отравлениях животных фосфорорганические хлорорганические карбаматные ртутьсодержащие и другие пестициды ядохимикаты} которые используют в борьбе с...
26559. ВСЭ И САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА ТУШ И ОРГАНОВ ПРИ РОЖЕ СВЕНЕЙ 7.89 KB
  Мускулатура туши иногда гиперемирована и с кровоизлияниями. В случае обнаружения в мясе или внутренних органах этих бактерий туши обеззараживают проваркой а внутренние органы направляют на техническую утилизацию или уничтожают. Кроме того такие туши можно направлять на изготовление вареноконченых грудинок и кореек. В случаях убоя животных туши со всеми внутренними органами и шкурой уничтожают.