1. Расчеты

1. Найти среднее значение отсчета прибора для каждого расстояния.

2. Рассчитать для каждого расстояния величину полного магнитного потока по формуле

   • = C n .

3. Рассчитать индукцию магнитного поля по формуле (7) для каждого расстоя-ния l.

4. Построить график зависимости индукции магнитного поля от расстояния до нейтральной линии магнита В=f(l).

2. Защита работы

(ответы представить в письменном виде)

1. Дайте определение магнитного потока. В каких единицах он измеряется?

2. Как рассчитывается полный магнитный поток (потокосцепление)?

3. Какое явление лежит в основе метода измерения магнитного потока? В чем оно заключается?

4. Сделайте вывод, как зависит индукция магнитного поля подковообразного магнита от расстояния до нейтральной линии.

158

Электромагнетизм Описания лабораторных работ

ПРОТОКОЛ измерений к лабораторной работе №59

Выполнил(а)_____________________ Группа__________________

Постоянная прибора С = ______________

Площадь катушки S = ________________

Число витков N = ____________________

№	l,					Ψ	В,
п/п	см	n1	n2	n3	nср	,	мТл
						мВб
1
2
3
4
5
6
7
8

Дата________ Подпись преподавателя___________________

159

Описания лабораторных работ Электромагнетизм

Лабораторная работа № 60

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КЮРИ ФЕРРОМАГНЕТИКА

Цель работы – получить зависимость индукционного тока в измеритель-ной обмотке от температуры ферромагнитного сердечника, определить темпе-ратуру Кюри ферромагнитного материала.

Приборы и принадлежности: образец исследуемого магнитного материа-ла, измерительная обмотка, миллиамперметр с выпрямительной ячейкой , на-греватель, лабораторный автотрансформатор, термопара, милливольтметр, гра-дуировочный график.

Общие положения

Все вещества являются магнетиками т.е. способны под действием маг-нитного поля намагничиваться. Намагничивание магнетика принято характери-зовать магнитным моментом единицы объема. Эта векторная величина называ-

ется намагниченностью и обозначается J . В каждой точке магнетика намагни-ченность связана с напряженностью магнитного поля H соотношением:

J = χH ,

где χ –магнитная восприимчивость магнетика. Безразмерная величина

μ =1 + χ,

называется магнитной проницаемостью вещества. В зависимости от величины магнитной проницаемости все магнетики подразделяются на три группы.

_r К первой группе относятся вещества, у которых вектор намагниченности J_r направлен противоположно вектору напряженности намагничивающего поля H . Для этих тел магнитная проницаемость μ<1, а магнитная восприимчивость χ<0. Численное значение χ находится в пределах (10⁻⁴−10⁻⁵). Такие тела назы-ваются диамагнетиками. К ним относятся висмут, олово, медь, цинк, вода, кварц и др.

Ко второй группе_r относятся вещества, у которых направление вектора намагниченности_r J совпадает с вектором напряженности намагничивающего поля H . Для этих веществ магнитная проницаемость μ>1, a магнитная воспри-имчивость χ>0. Численное значение χ находится в пределах (10⁻³−10⁻⁴). Такие вещества называются парамагнетиками. К ним относятся алюминий, марганец, растворы железных и никелевых солей, кислород, азот, воздух.

К третьей группе магнетиков относятся вещества, способные обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. По своему наибо-лее распространенному представителю – железу – они получили название фер-ромагнетиков. К их числу, кроме железа, принадлежат никель, кобальт, гадо-

160

Электромагнетизм Описания лабораторных работ

линий , их сплавы и соединения, некоторые сплавы и соединения марганца и хрома с неферромагнитными элементами (например, сплав – 61% Cu, 24% Mn, 15% Al), а также сплавы системы неодим –железо–бор. Ферромагнетики явля-ются сильномагнитными веществами. Их намагниченность в огромное число раз (до 10¹⁰) превосходит намагниченность диа- и парамагнетиков, принадле-жащих к категории слабомагнитных веществ.

Ферромагнетики обладают следующими характерными свойствами:

1. Имеют очень большие значения μ и χ (μ достигает значений 10⁴−10⁵). Это оз-начает, что ферромагнетики создают сильное добавочное магнитное поле.

2. Величины μ и χ не остаются постоянными, а являются функциями напряжён-ности внешнего поля. Поэтому намагниченность J и магнитная_r индукция B не пропорциональны напряжённости магнитного поля H , а выражаются сложной зависимостью.

3. Имеет место остаточная намагниченность, т.е. ферромагнетик сохраняет не-которое остаточное намагничивание после устранения намагничивающего поля.

4. Ферромагнетикам свойственно явление магнитного гистерезиса, т.е. наблю-дается необратимый характер перемагничивания.

5. При намагничивании ферромагнетиков происходит изменение их линейных размеров и объёма. Это явление называется магнитострикцией.

Большое значение величины магнитной проницаемости μ для ферромаг-нетиков объясняется наличием в них достаточно малых областей спонтанного намагничивания, называемых доменами. Домены имеют размеры порядка 1–10 мкм. В пределах каждого домена ферромагнетик спонтанно намагничен до на-сыщения и обладает определенным магнитным моментом. Направления этих моментов для разных доменов различны, так что в отсутствие внешнего поля суммарный момент всего тела равен нулю. При включении внешнего поля про-исходит ориентация не отдельных молекул, а доменов, путём их поворота и смещения границ между ними. Этим объясняется сильное намагничивание ферромагнетиков вплоть до насыщения в сравнительно слабых полях.

Для каждого ферромагнетика имеется определенная температура Т _с, при достижении которой области спонтанного намагничивания распадаются и ве-щество утрачивает ферромагнитные свойства. Эта температура называется тем-пературой (точкой) Кюри. При температуре выше точки Кюри ферромагнетик становится обычным парамагнетиком, магнитная восприимчивость которого подчиняется закону Кюри – Вейса

χ =		C	,
	T −T
		c

где С – постоянная величина; Т – температура; Т_с – точка (температура) Кюри. При понижении температуры ниже точки Кюри в веществе снова возни-

кают домены, т.е. ферромагнитные свойства восстанавливаются.

161

Описания лабораторных работ Электромагнетизм

Описание экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1. На схеме обо-значены: 1 – первичная (нагревательная) обмотка, 2 – вторичная (измеритель-ная) обмотка, 3 – исследуемый образец, 4 –

	P1			термопара для измерения температуры. Иссле-
	mV			дуемый образец помещается в нагревательную
				электрическую печь, изготовленную в виде
				спирали, намотанной на фарфоровую трубку.
	4 VD			Образец при этом должен быть приведён в со-
				прикосновение с термопарой, соединённой с
~	1 2		P2	милливольтметром. Печь питается от лабора-
		mA		торного автотрансформатора, включенного в
				сеть переменного напряжения. Этот авто-
	3			трансформатор позволяет регулировать ско-
				рость нагрева и температуру печи.
	Рисунок 1			Первичная (нагревательная) обмотка пе-
				чи одновременно является намагничивающей.

В торичная обмотка из медной проволоки является измерительной, ток в ней ре-гистрируется микроамперметром, включённым последовательно с выпрями-тельной ячейкой.

При достижении температуры Кюри образец теряет свои ферромагнит-ные свойства, в результате чего ток во вторичной обмотке резко падает, что от-мечается микроамперметром.

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

1. В чем состоит цель работы?

2. Какие физические величины измеряются непосредственно (прямые измере-ния)?

3. Запишите формулу, связывающую индукцию и напряженность магнитного поля.

4. Какой график необходимо построить по результатам работы? Какую вели-чину Вы будете определять по графику?

Выполнение работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 1.

2. Определить цену деления микроамперметра и милливольтметра.

3. После проверки собранной цепи, перед включением в электрическую сеть, установить движок автотрансформатора на нуль. После включения авто-трансформатора в сеть установить напряжение 170−180 В.

4. Ввести исследуемый образец в печь так, чтобы спай термопары вошел в со-прикосновение с торцом образца.

162

Электромагнетизм Описания лабораторных работ

5. Через каждые 5 делений милливольтметра записывать в протокол измере-ний показания микроамперметра и соответствующее значение милливольт-метра. Измерения продолжать до тех пор, пока ток в измерительной цепи не упадет до 10 – 15 мкА.

Оформление отчета