Порядок виконання роботи

1. Зібрати установку за схемою, наведеною на рис. 3.

2. Увімкнути живлення лампи 6Е5С і встановити задану викладачем напругу .

3. Увімкнути джерело живлення соленоїда і, змінюючи струм від 0 до 1 А через кожні 0,1 А, зняти значення анодного струму . Дані вимірювань занести до табл. 1.

Табл. 1.

4. Н а міліметровому папері побудувати графік залежності , як наведено на рис. 5.

5. Продовжити прямолінійну ділянку графіка до перетину з віссю струму (точка О). Отримане значення струму соленоїда занести до табл. 2.

6. Відповідно до формули (6) порахувати значення граничної індукції (прийняти, що =1), та обчислити її похибку:

.

7. За формулою (10) обчислити значення питомого заряду та похибку:

.

Отримані дані порівняти з табличним значення питомого заряду електрона =1,76·10¹¹ Кл/кг. За формулою (3) обчислити циклотронну частоту для електрона в полі з індукцією .

Табл. 2.

N п/п
1 2 3

8. Вимірювання провести для декількох значень анодної напруги .

9. Результати розрахунків подати у вигляді довірчого інтервалу:

.

Контрольні запитання

1. Дати означення сили Лоренца.

2. Як визначають напрям сили Лоренца?

3. Запишіть формулу для визначення відцентрової сили, що діє на рухому заряджену частинку.

4. Яку частоту називають циклотронною?

5. Запишіть формулу для визначення циклотронної частоти.

6. Який пристрій називають соленоїдом?

7. Чому дорівнює індукція магнітного поля в середині соленоїда?

8. Опишіть принцип роботи установки.

9. Яку конструкцію має електронна лампа?

10. Запишіть робочу формулу для обчислення питомого заряду електрона.

Лабораторна робота №35 Визначення коерцитивної сили феромагнітного зразка

МЕТА РОБОТИ:	засвоїти основні відомості про властивості феромагнетиків.
ОБЛАДНАННЯ:	феромагнітний зразок, соленоїд, вимірювальна котушка, ґальванометр, джерело напруги, реостат, перемикач.

Теоретичні відомості

1. Коерцитивна сила.

Усі речовини проявляють магнітні властивості: одні послаблюють магнітне поле, інші посилюють його. Залежно від сили впливу на магнітне поле речовини поділяють на слабомагнітні та сильномагнітні. Однією з основних величин, які характеризують магнітну активність речовини, є магнітна проникність  – коефіцієнт, котрий показує, у скільки разів індукція поля в речовині більша, ніж у вакуумі.

До слабомагнітних речовин відносяться такі, в яких  близьке до 1. Речовини, для яких 1, називають діамагнетиками, а ті, для яких 1, – парамагнетиками. До сильномагнітних речовин відносять такі, для яких 1 (=500 – 500000). До них належать феро- та феримагнетики. Феромагнетики можуть мати спонтанну намагніченість, тобто навіть при відсутності зовнішнього поля можуть створювати поза речовиною своє поле.

З магнітним полем пов’язана певна енергія. Виходячи з принципу мінімуму потенціальної енергії можна допустити, що речовині енергетично вигідно розбитись на невеликі (об’ємом до 10^-3 мм³) області – домени – намагнічені до насичення, але орієнтовані в різних напрямах. У підсумку результуюче поле всієї речовини може бути відсутнім.

Характерною особливістю феромагнетиків є складна нелінійна та неоднозначна залежність між індукцією та напруженістю магнітного поля – так звана петля гістерезису (див. рис. 1). Незважаючи на те, що магнітна проникність (чи магнітна сприйнятливість ) є неоднозначними функціями напруженості , як наведено на рис. 2, продовжуємо записувати залежність індукції від напруженості у вигляді:

. (1)

Наявністю областей самочинної намагніченості (доменів) та особливостей їхньої поведінки в зовнішньому магнітному полі пояснюється нелінійний характер (петля гістерезису) залежності індукції магнітного поля у феромагнетику від напруженості магнітного поля; а саме, у зовнішньому полі домени можуть або стрибком переорієнтовуватись (на що вказує ефект Баркгаузена), або „поїдати” один одного, переміщуючи границі доменів.

При збільшенні напруженості зовнішнього поля від 0 до деякого максимального значення одержуємо криву магнітування ОА, як наведено на рис. 1. Тут виділено три характерні ділянки:

• на ділянці відбувається зміщення границь доменів, у результаті чого збільшуються розміри тих доменів, напрями магнітних моментів яких близькі до напряму зовнішнього поля ;

• на ділянці магнітні моменти доменів стрибком повертаються в напрямку зовнішнього поля. Цей процес необоротний; він є основною причиною гістерезису;

• ділянка відповідає виходу кривої магнітування на насичення, тобто коли напрями магнітних моментів усіх доменів орієнтовані вздовж поля .

При наступному зменшенні напруженості зовнішнього поля індукція також зменшується (але з запізненням). Навіть при зменшенні до нуля індукція до нуля не зменшується – більшість орієнтованих в одному напрямі доменів зберігають свій напрям, створюючи залишкову намагніченість . Для її зняття необхідно прикласти зовнішнє поле в протилежному напрямі. Величину зовнішнього поля, яка повністю знімає залишкову намагніченість, називають коерцитивною силою.

Магнітотверді матеріали характеризуються високою коерцитивною силою ( 50000 А/м). Їх використовують для виготовлення постійних магнітів. До магнітотвердих матеріалів належать деякі вуглецеві сталі, вольфрамова, кобальтова, хромиста сталі, сплави альніко (Al, Ni, Co, Fe), маґнію, а також ферити кобальту та барію.

Магнітом’які матеріали відзначаються невеликою коерцитивною силою ( 0,1 – 40 А/м) та малими втратами на гістерезис. До них належать електротехнічна сталь (0,8–4,8% кремнію) та пермалої (залізо-нікелеві сплави). Перші дві цифри в марці пермалою показують процентний вміст нікелю.