ИЭ / 4 семестр / Лабы / Поля / Отчёт №3

Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого

Высшая Школа Высоковольтной Энергетики

Отчет

о лабораторной работе №3

«Исследование намагничивания тел вращения

в однородном магнитном поле»

Группа:

Выполнили:

Преподаватель

Цель работы: Целями работы заключается в исследовании явления намагничивания ферромагнитных тел в не изменяющихся во времени магнитных полях, ознакомлении с методами и средствами измерения индукции и напряжённости магнитного поля вне и внутри исследуемых образцов.

Схема установки:

Рис.1 Схема установки

Описание установки и приборов:

Установка содержит следующие элементы:

Катушки Гельмгольца со средним радиусом R=12,5 см, числом витков w=7900 и расстоянием между средними плоскостями расположенных коаксиально катушек равным их среднему радиусу R; источник постоянного напряжения; 4 эллипсоида вращения, изготовленных из одного материала:

1. Шар, спрессованный из стальных опилок с немагнитным наполнителем, называемый композитным;

2. Стальной шар

3. Овоид

4. Сфероид

Приборы: измерительная катушка, баллистический гальванометр, амперметр, магнитный пояс

Ход работы:

1. Определение магнитной индукции

Исследуемые образцы помещаем в фиксатор между катушками на их оси и располагают на стойке так, чтобы их оси вращения совпадали с осью катушек возбуждения. При размещении эллипсоидов в однородном поле внутри них поле изменяется, но остаётся однородным. Для определения магнитной индукции в теле эллипсоида используем измерительную катушку, включённую в цепь баллистического гальванометра. Через катушки пропускаем ток I=0.7 A.

Отклонение светового пятна баллистического гальванометра пропорционально магнитному потоку, сцепляющемуся с измерительной катушкой. Так как эллипсоид намагничен однородно, и измерительная катушка плотно охватывает, то отсчёт по шкале гальванометра пропорционален магнитной индукции в теле эллипсоида . Эллипсоид удаляют, оставляя измерительную катушку в том же положении, и вновь определяют показания гальванометра при выключении тока в катушках. Отклонение светового пятна в этом случае пропорционально магнитной индукции однородного внешнего поля.

Обозначим отношение двух отсчётов по шкале гальванометра (при наличии и при отсутствии эллипсоида) :

Величину определим для всех исследуемых тел вращения.

Отсутствие тел вращения	Овоид		Сфероид		Композитный шар		Ферромагнитный шар
14	57	4,07	23	1,64	22	1,57		39	2,79

Пример расчёта для овоида:

2. Определения напряжённости магнитного поля

Вновь устанавливают эллипсоид на подставке, располагают пояс так, чтобы он своими концами плотно примыкал к полюсам, лежащим на оси вращения эллипсоида, но не охватывал катушки возбуждения. Таким образом, включая в обмотку магнитного пояса в цепь баллистического гальванометра и производя отсчёт по шкале при включении или отключении тока в катушках, получают возможность измерить магнитодвижущую силу вдоль оси эллипсоида. Так как поле внутри эллипсоида однородно, то

Следовательно, показание гальванометра будет пропорционально напряжённости поля в теле эллипсоида. Выполнив опыт, удаляем образец, фиксируя концы пояса в том же положении с помощью немагнитного вкладыша, продольный размер которого равен длине соответствующего эллипсоида. Отсчёт по шкале гальванометра при включении или выключении тока в катушках возбуждения пропорционален величине , т.е. напряженности внешнего однородного поля. Обозначив отношение двух отчетов по шкале гальванометра h, можем записать:

Овоид			Сфероид				Композитный шар				Ферромагнитный шар
4	19	0,21		3	6	0,5		10	14	0,71		3	14	0,21

3. Расчёт напряжённости и индукцию поля, создаваемого катушками Гельмгольца

Напряжённость и индукцию внешнего однородного поля, создаваемого катушками Гельмгольца, можно рассчитать с помощью выражений:

4. Расчёт значений коэффициентов размагничивания N для всех тел

Коэффициенты размагничивания можно найти по следующей формуле:

Овоид			Сфероид				Композитный шар			Ферромагнитный шар
b	h	N		b	h	N	b	h	N	b	h	N
4,07	0,21	0,2		1,64	0,5	0,44	1,57	0,71	0,33	2,79	0,21	0,31

Теоретический расчёт коэффициента размагничивания

, где

Овоид		Сфероид		Композитный шар			Ферромагнитный шар
	N					N			N
1,5	0,233	0,5	0,456		1	0,33		1	0,33

Пример расчёта

5. На основании рассчитанных по результатам эксперимента значениям b, h и N определяют характеристики поля:

		h	N		,Тл	,Гн/м	,	M,
Овоид	4,07	0,21	0,2	2689	0,252	9,37	1012	5060
Сфероид	1,64	0,5	0,44	2022	0,102	5,05	2022	4595
К. шар	1,57	0,71	0,33	6699	0,097	1,46	2736	8291
Шар	2,79	0,21	0,31	1981	0,173	8,73	7454	24050

Пример расчёта для шара:

5. Зависимость В от r.

r	5	10	20	30
B(r)	75	76	82	108

Вывод:

В ходе работы было исследовано явление намагничивания ферромагнитных тел в постоянных во времени магнитных полях. Были найдены расчётные значения напряжённости и индукции магнитного поля. Также была построена зависимость индукции от координаты r.

Полученные коэффициенты размагничивания N получились близкими по значению (расчётное значение и экспериментальное): для овоида N должно лежать в пределе 0< N <1/3, для сфероида 1/3< N <1, для шара N должно быть близко к 1/3. Как показывают данные, результаты опыта и расчёта достаточно близки к этим значениям и мало отличаются друг от друга.

Санкт-Петербург

2021