1. Расчеты

1. Используя градуировочный график, приведенный на лабораторной установ-ке (в протоколе), по значениям термо-эдс определить соответствующие зна-чения разности температур. Градуировочный график представляет собой за-висимость термо-эдс от разности температур между холодным и горячим спаями термопары.

2. Определить температуру образца в печи по формуле

t = t + t_комн ,

где t_комн – комнатная температура.

3. Используя полученные данные, построить график зависимости тока во вто-ричной обмотке от температуры I = f(t).

3. Определить температуру Кюри.

2. Защита работы

(ответы представить в письменном виде)

1. Какие вещества называют диамагнетиками?

2. Какие вещества называют парамагнетиками?

3. Какие вещества называют ферромагнетиками? Перечислите основные свой-ства ферромагнетиков.

4. Что происходит с ферромагнетиком при его нагревании до температуры Кюри?

5. Что происходит с ферромагнетиком при его охлаждении ниже температуры Кюри?

6. Сравните полученное значение температуры Кюри с табличными значения-ми и сделайте вывод, какому материалу оно примерно может соответство-вать.

Температура Кюри Т_с некоторых ферритов

Тип феррита	Химическая формула	Тс, К	t, °C
Простой феррит	MnFe2O4	573	300
со структурой
шпинели
Кобальт-цинковые	Co0,4Zn0,6Fe2O4	410	137
ферриты	Co0,6Zn0,4Fe2O4	548	275
Никелевые фер-	NiFe1,75Al0,25O4	506	233
риты алюминаты	NiFe1,55Al0,45O4	465	192
Редкоземельные	Yb3Fe5O12	549	276
ферриты-гранаты	Ho3Fe5O12	553	280

163

Описания лабораторных работ

Электромагнетизм

ПРОТОКОЛ

измерений к лабораторной работе №60

Выполнил(а)_____________________

Группа__________________

Определение цены деления приборов

№

Предел

Число деле-

Цена деления

п/п

Прибор

подключения

ний на шкале

с указанием

с указанием еди-

прибора

единицы

ницы измерения

измерения

1

Милливольтметр

2

Микроамперметр

Комнатная температура tкомн = _________________

I, mA

U, mB

t,°C

t,°C

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

50 100 150 200 250 300 t, °C

Дата________ Подпись преподавателя___________________

164

Электромагнетизм Описания лабораторных работ

Лабораторная работа № 61

ЗНАКОМСТВО С РАБОТОЙ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА. ИЗУЧЕНИЕ ПЕТЛИ МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА ПРИ ПОМОЩИ ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель работы – ознакомиться с принципом работы электронного осцилло-графа; получить осциллограмму петли магнитного гистерезиса, определить ди-намическую проницаемость μ, остаточную индукцию В_ост, коэрцитивную силу Н_c и потери энергии w на перемагничивание ферромагнетика.

Приборы и принадлежности: электронный осциллограф, трансформатор с исследуемым сердечником, амперметр, вольтметр, сопротивления R₁ и R₂, кон-денсатор С, источник питания с регулируемым напряжением.

Общие положения

Электронный осциллограф предназначен для визуального наблюдения формы и определения частоты периодических электрических колебаний, а так-же для измерения различных изменяющихся со временем электрических и маг-нитных параметров.

Основной деталью электронного осциллографа является электронно-лучевая трубка. Она состоит из электронной пушки, где осуществляется гене-рация электронного пучка и его фокусировка. В трубку вмонтированы две вза-имно перпендикулярные пары отклоняющих пластин. Подавая напряжение на эти пластины, можно отклонять пучок электронов (электронный луч). При этом луч будет попадать в различные точки флуоресцирующего экрана. В этих мес-тах на экране наблюдаются световые пятна. На рис. 1 представлена упрощен-ная принципиальная схема электронно-лучевой трубки. На рис. 1 обозначены:

									1	– подогреватель катода
									2	– катод (источник электронов)
7								1	3	и 4 – электроды, фокусирующие и ус-
									коряющие электроны
									5	– горизонтально отклоняющие пла-
6 5 4 3							2
									стины
	Рисунок 1								6	– вертикально отклоняющие пластины
									7	– флюоресцирующий экран.

В осциллографе имеется генератор развертки, задающий пилообразное на-пряжение, график которого представлен на рис. 2.

Под действием этого пилообразного напряжения электронный луч относи-тельно медленно перемещается по горизонтали слева направо и, дойдя до конца экрана, быстро возвращается назад. Благодаря этому напряжение, подаваемое на вертикально отклоняющие пластины, можно «развернуть во времени». Для по-лучения неподвижного изображения генератор развертки надо синхронизировать

165

Описания лабораторных работ				Электромагнетизм
U				(т.е. согласовать во времени) с частотой ис-
				следуемого напряжения. В настоящей работе
Прямой ход луча
				осциллограф используется для наблюдения
				синусоидального напряжения и получения на
				экране петли магнитного гистерезиса.
				Если ферромагнетик помещен в пере-
				менное магнитное поле H~ , амплитудное
Обратный ход луча		t		значение которого Нmax доводит его до со-
				стояния насыщения, то при периодическом
Рисунок 2				изменении магнитного поля от +Нmax до −Нmax
				магнитная индукция ферромагнетика будет
описывать динамическую петлю гистерезиса, вид которой представлен на
рис. 3. На рисунке обозначены:
B						Hmax – максимальное значение на-
						пряженности магнитного поля. При
Bmax						этом значении достигается насыще-
						ние ферромагнетика;
Bост						BmaxB – максимальное значение индук-
						ции магнитного поля в ферромагне-
0	H max		H			тике;
						BостB – остаточная индукция;
						Hc – напряженность поля, при кото-
						рой индукция магнитного поля в
						ферромагнетике обращается в нуль.
Hс						Эта напряженность называется коэр-
Рисунок 3						цитивной силой.
						Для получения на экране изо-
						бражения динамической петли маг-
нитного гистерезиса на «горизонтальный» усилитель осциллографа подается
напряжение,	пропорциональное напряженности H~ намагничивающего поля, а
на «вертикальный» усилитель − напряжение, пропорциональное мгновенным
значениям магнитной индукции В.
Масштаб изображения получившейся петли может быть установлен на
основе показаний электроизмерительных приборов и использован для опреде-
ления численных значений магнитных характеристик ферромагнетика.
Динамическая магнитная проницаемость μ представляет собой отноше-
ние амплитудного значения индукции магнитного поля к произведению ампли-
тудного значения напряженности магнитного поля на магнитную постоянную:
					μ =		Bmax	,	(1)
							μ0 Hmax

где μ₀ = 4π⋅10⁻⁷ Гн/м – магнитная постоянная.

При перемагничивании ферромагнетика выделяется тепло. Энергия w, за-трачиваемая на перемагничивание 1 м³ ферромагнетика за один цикл, пропор-циональна площади S_п петли магнитного гистерезиса

166

Электромагнетизм	Описания лабораторных работ
w ~ Sп hb ,	(2)

где h и b − масштабные единицы изображения петли.

Для получения осциллограммы используется схема, представленная на рис. 4.

исследуемый ферромагнетик

~ U P1	R1	N1	N2
A

V

	R2
P2	C	на вход Y
		осцилографа

на вход X осцилографа

Рисунок 4

В качестве исследуемого ферромагнетика служит материал сердечника трансформатора. Его первичная обмотка с числом витков N₁ питается от друго-го трансформатора регулируемого напряжения частотой ν=50 Гц и служит для создания переменного магнитного поля H_~ , намагничивающего исследуемый

ферромагнетик. В цепь этой обмотки включены амперметр А и сопротивление R₁, с которого подается напряжение U_x на «горизонтальный» усилитель осцил-лографа . Мгновенные значения U_x этого напряжения пропорциональны мгно-венным значениям H_~ намагничивающего поля

H ~ =	IN1	= U x N1	,	(3)
	l
		R1l

где N₁ − число витков первичной обмотки;

l − длина, на которую приходятся эти витки.

В цепь индукционной (вторичной) обмотки с числом витков N₂ включены вольтметр V, сопротивление R₂ и конденсатор емкостью С. Напряжение U_y с обкладок конденсатора подводится к пластинам вертикального отклонения электронного пучка. Можно показать, что мгновенное значение напряжения U_y, подаваемого на «вертикальный» усилитель осциллографа, пропорционально мгновенному значению индукции магнитного поля В:

U y = −	SN2	B .	(4)
	CR2

Масштаб изображения динамической петли гистерезиса определяется следующим образом. В первичной цепи амперметр А показывает эффективное значение тока I, пропорциональное его амплитудному значению I_mах:

167

Описания лабораторных работ		Электромагнетизм
I =	Imax .	(5)
	2

Очевидно, что мгновенному значению I _mах тока соответствует макси-мальное значение напряженности H_max. Поэтому согласно формуле (3) с учетом уравнения (5) можно записать:

H max =	Imax N1	=	I N1 2 .	(6)
	l		l

П одставляя в формулу (6) показания амперметра I и указанные на рабо-чем месте численные значения N₁ и l, можно вычислить значение H_max. По ос-циллограмме можно найти длину отрезка Z_H = 0H_max и определить горизон-тальный масштаб изображения петли по формуле

h =	H max	(7)
	Z H

Аналогично можно определить вертикальный масштаб. Действительно, показания вольтметра V соответствуют эффективному значению напряжения

U = U max ,	(8)
2

где U_mах − амплитудное значение напряжения во вторичной обмотке, соответст-вующее максимальному значению индукции магнитного поля B_max.

Из формулы (4) с учетом (8) следует

Bmax =	U C R2	2	.	(9)
	S N2

З ная показания вольтметра U и воспользовавшись данными, указанными на установке , можно найти численное значение B_maxB. По осциллограмме можно найти длину отрезка Z_В = 0B_max и вычислить вертикальный масштаб по формуле

b =	Bmax	.	(10)
	Z B

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 формулы, по которым Вы будете рассчитывать Н_max, В_max, h, b.

4. Как пользуясь полученной осциллограммой и найденными значениями h и b, определить численные значения коэрцитивной силы H_c и остаточной индук-ции B_остB?

168

Электромагнетизм Описания лабораторных работ

Выполнение работы

Задание 1. Наблюдение на экране синусоидального напряжения

1. Поставить выключатель «Сеть» в положение «Выкл.» и включить вилку шнура в розетку сети «~220 В». Если на управляющей панели осциллографа есть тумблер «Делитель напряжения», поставить его в положение «До 5 В».

2. Рукоятки управления поставить:

   • «Яркость», «Фокус», «Усиление Х», «Усиление Y» и ручки смещения лу-ча по осям X и Y − в среднее положение;

• “Переключатель диапазона” − в положение «30»;

• «Синхронизация» – в положение «Внутр.» или «От сети».