Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис



Скачать 77.43 Kb.
Дата08.05.2013
Размер77.43 Kb.
ТипЛабораторная работа
Л
АБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13.


МАГНИТНЫЙ ГИСТЕРЕЗИС
Известно, что если в катушку, по которой течет ток, вставить железный или стальной сердечник, то магнитное поле такой катушки существенно изменится. Это объясняется тем, что железо (сталь) является магнетиком, т.е. обладает способностью под действием магнитного поля намагничиваться. Причина намагничивания заключается в том, что во всех веществах существуют мельчайшие электрические токи (молекулярные токи). Каждый такой ток обладает магнитным моментом и создает в окружающем пространстве магнитное поле. Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты молекулярных токов приобретают преимущественную ориентацию в одном направлении, вследствие чего магнетик намагничивается. Намагничивание магнетика характеризуется магнитным моментом единицы его объема; эту величину называют вектором намагничения Ι. Как показывает опыт, в изотропных магнетиках вектор намагничения пропорционален значению магнитной индукции В внешнего поля:

Ι =æ В0 (1)

Где æ - скалярная величина, зависящая от рода магнетика и его состояния; она называется магнитной восприимчивостью вещества. Таким образом, намагниченное вещество создает свое магнитное поле, которое накладывается на внешнее поле В0 и поле в магнетике может быть записано следующим образом:

В= В0+ æВ0=μΒ0=μμ0Н (2)

Где μ0 =4π10-7 Н/А2 –магнитная постоянная,

1+æ=μ - магнитная проницаемость вещества,

Н - напряженность магнитного поля, равная: Н= Β00.


Магнитные свойства вещества гораздо разнообразнее электрических свойств. В то время как диэлектрическая проницаемость ε может быть как больше, так и меньше единицы, æ может быть и положительной и отрицательной величиной.
Вещества, для которых μ<1æ<0 называются диамагнетиками, а вещества с μ>1, æ>0- парамагнетиками. Наряду с диа- и парамагнетиками имеются вещества, способные намагничиваться очень сильно (μ>>1, æ>>0). Они получили название ферромагнетиков. Магнитная проницаемость большинства ферромагнетиков при обычных температурах измеряется сотнями и тысячами единиц. К их числу принадлежат железо, никель, кобальт и др.

Характерной особенностью ферромагнетиков является сложная нелинейная зависимость между I и Β0, а, следовательно, между Β и Β0. Кривая, выражающая эту зависимость (кривая намагничивания) изображена на рис.1.


В
Рисунок 1. Как видно, индукция Β сначала быстро

увеличивается с увеличением Β0, но по

мере намагничивания магнетика ее

нарастание замедляется.


В0





Нелинейная зависимость Β от Β0 означает, что магнитная проницаемость ферромагнетиков μ зависит от индукции магнитного поля Β0.

Кривая зависимости μ от Β0 (рис.2) возрастает с увеличением Β0 от начального значения μа до некоторой максимальной величины μmax, а затем уменьшается и асимптотически стремится к значению, близкому к единице.

Рисунок 2.








Кроме нелинейной зависимости между Β и Β0 для ферромагнетиков характерно также явление гистерезис. Это явление заключается в том, что значение индукции Β в ферромагнетике определяется не только существующим магнитным полем, но еще зависит от предыдущих состояний намагничивания, причем происходит своеобразное отставание изменений индукции Β в ферромагнетике от изменений индукции влияющего поля Β0.

Положим, что происходит намагничивание первоначально ненамагниченного ферромагнетика.

Значение индукции Β в магнетике будет определяться кривой 0-1 (рис 3). Если теперь начать уменьшать магнитное поле Β0, то уменьшение индукции Β будет происходить уже по кривой 1-2. Когда индукция внешнего поля станет равна нулю, индукция Β не будет равна нулю, а будет характеризоваться величиной Β1, которая называется остаточной индукцией.

Если, далее, изменить направление намагничивающего поля и перемагничивать ферромагнетик в обратном направлении, то изменение индукции Β будет описываться отрезком кривой 2-3 и станет равной нулю лишь под действием поля Β0. Индукция Β0 называется коэрцитивной силой.

Рисунок 3.






При циклическом перемагничивании ферромагнетика изменение индукции в нем будет изображаться петлеобразной замкнутой кривой – петлей гистерезиса. Производя полные циклы перемагничивания при различных максимальных значениях Β0, мы получим ряд петель, лежащих одна в другой, вершины которых будут лежать на одной кривой первоначального намагничивания 0-1.

Таким образом, основная кривая намагничивания является геометрическим местом вершин различных петель гистерезиса. Необходимо отметить также существование у ферромагнетиков определенной температуры, выше которой вещество теряет свои ферромагнитные свойства. Эта температура называется точка Кюри.

Петлю гистерезиса нетрудно получить на экране осциллографа. Для этого нужно поместить ферромагнетик в магнитное поле, создаваемое переменным (синусоидальным) током. На горизонтально отклоняющие пластины осциллографа необходимо подать напряжение Ux, пропорциональное индукции магнитного поля Β0, а на вертикально отклоняющие - Uy, пропорциональное индукции магнитного поля в сердечнике Β.
Это можно сделать с помощью схемы (рис. 4).


R2

Y








R1=30 Ом

R2=24кОм

C=4 мкФ





C


R


R1







X










Данная схема собрана и конструктивно оформлена в блоке ФПЭ – 07/02 «Явление гистерезиса». Исследуемым веществом являются сердечник тороидального трансформатора, выполненный из марганец - цинкового феррита. Число витков трансформатора N1=200 и N2=200; радиус сердечника r=31 мм; площадь поперечного сечения S=43,75 мм2. Первичная обмотка трансформатора питается переменным током, и индукция магнитного поля, создаваемого этим током, равна

B0= N1i1μ0/2πr (3)
Где r –радиус тороида.

Напряжение на горизонтально отклоняющих пластинах, снимаемое с сопротивления R1, есть

Ux=i1R1= (4)
Во вторичной обмотке трансформатора возникает ЭДС индукции, равная



где B – индукция магнитного поля, пронизывающего витки вторичной катушки. Если сопротивление R2 велико, то



где i2 –ток во вторичной катушке.

На вертикально отклоняющие пластины осциллографа подается сигнал, пропорциональный напряжению с конденсатора С которое равно

(5)

Из (4) и (5) видно, что на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подается напряжение, пропорциональное индукции В0, а на вертикально отклоняющие – пропорциональное индукции В. Если оба напряжения синхронизированы, то на экране осциллографа получается неподвижная петля гистерезиса (рис.3)

ИЗМЕРЕНИЯ.

  1. Подключить к блоку ФПЭ-07/02 согласно схеме осциллограф и источник питания ~ 6,3 В.

  2. Включить осциллограф и источник питания, с помощью ручки усиления «Y» и потенциометра R добиться, чтобы петля гистерезиса имела участок насыщение и занимала большую часть экрана.

  3. Уменьшая напряжение, подаваемое с R, получить на экране различные петли гистерезиса. Для каждой их них снять координаты вершин (nx,ny) в мм. Результаты измерений занести в таблицу.

ТАБЛИЦА




nx

ny

kx

B0=kxnx

ky

B=kyny

μ=dB/dB0

























Для окончательного заполнения таблицы необходимо знать чувствительность (γх и γу) пластин осциллографа. Действительно, так как

Ux=nx γx, Uy=ny γу

то согласно (4) и (5) имеем:

;

откуда получим

;

где обозначено:

;
4. По полученным данным B0 и B построить кривую намагничивания B=f(B0 B0) и в нескольких точках определить μ=dB/dB0.

Похожие:

Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис iconЛабораторная работа №1 Работа в Oracle Database Express Edition 1 Лабораторная работа №6
Лабораторная работа Выполнение расчетов с использованием программирования в среде Visual Basic for Applications
Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис iconЛабораторная работа №3. Знакомство с прерываниями. Лабораторная работа №4. Программная обработка клавиатуры
Лабораторная работа №1. Знакомство с общим устройством и функционированием ЭВМ. Изучение структуры процессора, организации памяти,...
Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис iconЛабораторная работа №10. Магнитное поле земли
Земли. При этом центр диполя отстоит на расстоянии 350 км от центра Земли. Ось диполя составляет небольшой угол с земной географической...
Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис iconЛабораторная работа по теме: «ms doc. Основные команды.»
Мбоу «сош №8 г. Петровска Саратовской области» Лабораторная работа в среде ms dos
Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис iconЛабораторная работа 08 Изучение дифракции рентгеновских лучей на кристаллах Москва 2005 г. 1 лабораторная работа 08
Цель работы: определение расстояний между атомными плоскостями в кристалле по имеющейся рентгенограмме
Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис iconЛабораторная работа №1 3 Создание ситуационного плана миигаиК 3 Лабораторная работа №2 8 Оцифровка части карты и создание базы данных 8
«Геоинформационные технологии сбора и обработки информации» в среде MapInfo Professional
Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис iconИсследование изучение строения и физиологические процессы. Эксперимент серия опытов. Лабораторная работа
Совокупность относительно однородных приемов, операции освоения действительности ( теоретические- практические) подчиненных расширению...
Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис icon«Магнитный поток»
Магнитный поток через замкнутый контур, помещенный, в однородное магнитное поле, зависит
Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис icon«Магнитный поток»
Магнитный поток через замкнутый контур,помещенный, в однородное магнитное поле,зависит
Лабораторная работа №13. Магнитный гистерезис iconРешение Магнитный момент контура с током определяется уравнением, (1). (2)
По круговому витку радиусом r = 5 см течёт постоянный ток силой I = 10 А. Определить магнитный момент витка
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org