4.4. Контрольные вопросы

1. Что такое диэлектрические потери?

2. Назовите способы определения диэлектрических потерь.

3. Что называют тангенсом угла диэлектрических потерь?

4. Нарисуйте векторную диаграмму для параллельной схемы замещения диэлектрика. Почему угол называют углом потерь?

5. Напишите условия равновесия моста.

6. Каким образом уравновешивают мост?

7. С какой целью измеряют при различной полярности подключения нуль–индикатора, питающего напряжения?

8. В каких случаях и измеряют по “перевернутой” схеме?

9. Назовите основные виды диэлектрических потерь в нейтральных диэлектриках и полярных диэлектриках?

10. Объясните зависимость от напряжения для плоского образца с воздушным включением?

11. Какие факторы оказывают влияние на значение тангенса угла диэлектрических потерь в диэлектриках?

12. Как влияет температура на и полярных и нейтральных диэлектриков?

13. Что такое диэлектрическая проницаемость?

14. Какие факторы оказывают влияние на диэлектрическую проницаемость?

15. Как диэлектрическая проницаемость влияет на распределение напряжения по слоям многослойного диэлектрика при переменном напряжении?

16. Как влияет изменение частоты на диэлектрическую проницаемость полярных и нейтральных диэлектриков?

17. Как зависят диэлектрические потери от частоты?

18. Почему метод измерения с помощью измерителя добротности называют резонансным?

19. Почему определяют как разность при работе с измерителем добротности?

20. Каким образом фиксируется резонанс с помощью измерителя добротности?

21. Почему одиночного стекла больше двойного стекла с воздушной прослойкой при напряжении 3 кВ?

Лабораторная работа М – 5

Экспериментальное определение кривой намагничивания ферромагнитных сердечников

Цель работы: изучить свойства магнитных материалов, экспериментально определить кривую намагничивания.

5.1. Предварительные сведения

По поведению в магнитном поле все материалы делятся на два класса: магнитные и немагнитные. Магнитные материалы при внесении их в магнитное поле намагничиваются и усиливают магнитное поле в тысячи раз. Магнитные материалы используются для изготовления магнитопроводов электрических машин, трансформаторов, электромагнитов и других устройств. Это магнитомягкие материалы, они легко намагничиваются в слабых полях. Для изготовления постоянных магнитов используются магнитотвёрдые материалы, которые намагничиваются в сильных полях и сохраняют свою намагниченность после прекращения действия внешнего магнитного поля.

5.1.1. Намагниченность материала

Источником магнитного поля является электрический ток в проводнике или катушке. Электроны в атомах, вращаясь вокруг ядра и вокруг собственной оси, действуют как электрические токи , протекающие в замкнутых круговых контурах и благодаря этому создают магнитное поле:

, (5.1)

где – заряд электрона;

– угловая частота вращения электрона.

Эти элементарные круговые токи могут рассматриваться как магнитные диполи с магнитным моментом P_m:

, (5.2)

где – площадь, охваченная вращающимся электроном;

– радиус площадки .

Магнитный момент направлен по нормали к площадке и связан с направлением тока правилом правого винта. Под влиянием внешнего магнитного поля диполи становятся ориентированными по направлению поля, то есть вещество подвергается магнитной поляризации. Для характеристики степени поляризации было введено понятие вектора магнитной поляризации , называемого так же намагниченностью вещества. Намагниченность вещества есть полный магнитный момент единицы объёма тела , содержащего одинаково направленных диполей:

, (5.3)

или намагниченность равна геометрической сумме магнитных моментов элементарных токов в единице объёма вещества.

В озьмём тороидальную катушку с числом витков , средним радиусом катушки , поперечным сечением катушки (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Тороидальная катушка

Когда внутри катушки нет сердечника из магнитного материала, при протекании по катушке тока внутри катушки возникает магнитный поток :

, (5.4)

где Гн/м – магнитная проницаемость в вакууме или в воздухе, где находится катушка;

– средняя длина магнитной силовой линии внутри катушки.

Без ферромагнитного сердечника внутри тороида индукция магнитного поля . Напряжённость магнитного поля .

Если в тороидальную катушку поместить сердечник из магнитного материала, то внутри сердечника к индукции от внешнего магнитного поля в пустоте прибавится индукция от элементарных диполей магнитного материала сердечника.

. (5.5)

В магнитно-изотропных средах намагниченность пропорциональна напряжённости внешнего магнитного поля, . Коэффициент называется магнитной восприимчивостью. Тогда

. (5.6)

Отношение называют магнитной проницаемостью:

, (5.7)

где – относительная магнитная проницаемость.

У ферромагнитных материалов (железо, никель, кобальт и их сплавы) магнитная проницаемость велика, . Зависимость называют кривой намагничивания, она имеет нелинейный характер (рис. 5.2). Кривую можно представить как сумму , где  – индукция, создаваемая полем в пустоте, – индукция вносимая ферромагнетиком.

С ростом напряжённости внешнего поля возрастает линейно, а составляющая – не линейно и стремится к пределу , называемому индукцией насыщения.

Рис. 5.2. Кривая намагничивания ферромагнитного материала