все лабы за первый курс по физике в кумертау / 2-ой семестр / Лаба52

Министерство образования РФ.

Уфимский государственный авиационный

Технический университет.

Кафедра ЕН и ОТД

Лабораторная работа №52

Тема: «Снятие кривой намагничивания и петли гистерезиса для железа.»

Выполнил студент группы АП(ЭСС)-13

Ефимов А. Б..

Проверил старший преподаватель

Медведев И.А.

Кумертау - 2007

Тема: Снятие кривой намагничивания и петли гистерезиса

для железа.

Цель работы:

Исследование зависимости индукции магнитного поля в ферромагнетике от величины намагничивания поля.

Приборы и принадлежности:

1. Тороид из исследуемого железа.

2. Осциллограф.

3. Сопротивления.

4. Конденсатор.

5. Генератор переменного напряжения.

Теория метода.

Опыт показывает, что различные вещества в магнитном поле способны намагничиваться, т. е. сами становятся источниками магнитного поля. Такие вещества называются магнетиками.

Собственное магнитное поле магнетиков характеризуется вектором намагниченности I. который равен магнитному моменту единицы объема. Таким образом, индукция магнитного поля в веществе определяется соотношением

где μо - магнитная проницаемость вакуума;

Н - вектор напряженности внешнего магнитного поля;

I - вектор намагниченности.

У большинства веществ вектор намагниченности пропорционален величине внешнего поля

где Х - характерная для данного магнетика величина, называемая магнитной восприимчивостью .

Подставив в формулу 1 выражение 2 получим:

Безмерная величина μ = 1 + χ называется относительной магнитной проницаемостью вещества и показывает, во сколько раз изменилась индукция поля в магнетике, по сравнению с индукцией в вакууме при отсутствии магнетика.

По своим магнитным свойствам все вещества делятся на парамагнетики, диамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферриты. Строгая теория, объясняющая различия в магнитных свойствах, дается квантовой механикой. Однако качественные выводы можно получить исходя из более простых соображений.

Диамагнетиками являются вещества, атомы которых, находясь вне магнитного поля, имеют полный магнитный момент, равный нулю. Только внешнее поле индуцирует магнитный момент атомов диамагнетика, в результате чего в нем возникает собственное магнитное поле I, направленное против опадающего его внешнего поля.

Парамагнетиками являются вещества, атомы у которых имеют магнитный момент, отличный от нуля. В этом случае внешнее магнитное поле не только порождает индукционный момент, но и оказывает ориентирующие действия на

магнитные моменты атомов, устанавливая их по направлению поля. Возникающий при этом положительный (т.е. направленный вдоль поля Н) магнитный момент бывает значительно больше, чем отрицательный индукционный момент. В итоге собственное магнитное поле I парамагнетика совпадает по направлению с внешним полем.

Все диа- и парамагнетики являются веществами намагничивающимися слабо, для них величина μ близка к единице.

Особый класс магнетиков образуют вещества, способные обладать намагничиванием, даже в отсутствии внешнего поля. Они получили название ферромагнетиков.

Ферромагнитные вещества являются сильномагнитными ц»1 (при комнатной температуре μ≈10³ и более). К ним относятся: железо, никель, кобальт, а также некоторые их сплавы и соединения хрома и марганца с неферромагнитными элементами.

Ферромагнетики обладают рядом свойств, существенно отличающих их от диа- и парамагнетиков.

Им свойственно явление гистерезиса. Оно заключается в том, что магнитная индукция в ферромагнетике В зависит не только от значения напряженности намагничивающего поля Н в данный момент, но от того, каким образом оно изменялось в предшествующие моменты времени. Следовательно, индукция В не является однозначной функцией Н. Для ферромагнетиков вводится понятие дифференциальной магнитной проницаемости.

Установка.

Петлю гистерезиса можно получить на экране осциллографа при помощи установки, схема которой приведена на рис.

Выполнение работы.

Задание 1. Снятие основной кривой намагничивания.

1. Собрали схему рис.

2. Включили питание генератора и осциллографа. Подключили схему к генератору напряжения.

3. Спроецировали электронный луч в центр координатной сетки.

4. При максимальном выходном напряжении генератора с помощью ручек «усиление по вертикали» и «усиление по горизонтали» осциллографа добились, чтобы петля гистерезиса имела участок насыщения и занимала большую часть экрана.

5. Уменьшая выходное напряжение генератора, получили семейство уменьшающихся до точки петель. Сняли для каждой из них координаты вершин n_х и n_y

6. Вычислили по значениям k_x и k_y.

Таблица величин U_x и U_y указана в приложении к работе.

7. Вычислили значения H=k_x*n_x и B=k_y*n_y для координат вершин всех полученных петель.

8. Построили по полученным данным график зависимости B=f(H).

9. По графику B=f(H) построили μ=f(H).

nx , мм	40	37	31	21	15
ny, мм	27	17	19	10	8

U_x = 0.5 мм/мВ U_y = 0.5 мм/мВ

n₁ = 5882 n₂ = 11111

R₁ = 21 Ом R₂ = 2*10³ Ом

C₁ = 47*10^-6 Ф S = 114*10^-6 м²

k_x = n₁*U_x / R₁ = 5882*0.5/21 = 140 м/В*Ом

k_y = (R₂*C* U_y)/( n₂*S) = (2*10³*47*10^-6)/(11111*114*10^-6) = 0.037 Ом*Ф/ м²

H₁ = k_x* n_x1 = 140*0,040 = 5,6 А/м B₁ = k_y* n_y1 = 0.037*0.027 = 9.99*10^-4 Тл

H₂ = k_x* n_x2 = 140*0,037 = 5,18 А/м B₂ = k_y* n_y2 = 0.037*0.017 = 6,29*10^-4 Тл

H₃ = k_x* n_x3 = 140*0,031 = 4,34 А/м B₃ = k_y* n_y3 = 0.037*0.019 = 7,03*10^-4 Тл

H₄ = k_x* n_x4 = 140*0,021 = 2,94 А/м B₄ = k_y* n_y4 = 0.037*0.010 = 3,7*10^-4 Тл

H₅ = k_x* n_x5 = 140*0,015 = 2,1 А/м B₅ = k_y* n_y5 = 0.037*0.008 = 2,96*10^-4 Тл

Вычислим по формуле μ = B/(μ₀*H), где μ₀ = 12,56*10^-7 Гн/м

μ₁ = 9.99*10^-4/(12,56*10^-7*5,6) = 142,4 Гн/м

μ₂ = 6,29*10^-4/(12,56*10^-7*5,18) = 96,67 Гн/м

μ₃ = 7,03*10^-4/(12,56*10^-7*4,34) = 128,96 Гн/м

μ₄ = 3,7*10^-4/(12,56*10^-7*2,94) = 100,21 Гн/м

μ₅ = 2,96*10^-4/(12,56*10^-7*2,1) = 112,24 Гн/м

Задание 2. Определение рассеяния энергии при перемагничивании.

Величина потерь энергии в единице объема тороида за один цикл, перемагничивания определяется уравнением W = ∫BdH . Если частота генератора v, то количество теплоты Q, выделяемое за 1 с, равно

Q_t = k_x*k_y*ν*N

1. Повторили п. 1- 4 задания 1.

2. Сняли осциллограмму петли на кальку, затем, наложили кальку на миллиметровую бумагу, подсчитали количество клеток N.

3. Зная значения k_x и k_y и величину N, вычислили по формуле тепловые потери на перемагничивание.

N ≈720=720*10^-6

Q_t = k_x*k_y*ν*N =140*0.037*50*720 = 0,186 Дж

Вывод: Исследовали зависимость индукции магнитного поля в ферромагнетике от величины намагничивания поля.