Измерение магнитного поля

Если в намагничивающей цепи известно амплитудное значение тока за период, то магнитное поле соответствующее вершине петли, рассчитывается согласно формуле (15):

(А/м),

где i₀ - амплитудное значение тока.

Однако амперметрами в первичной цепи измеряется действующее, или эффективное, а не амплитудное значение тока.

Действующим значением переменного тока называется ток, при котором выделяется такое же количество тепла, как при постоянном токе. Это значит, что теплота, выделяемая за период Т при переменном токе, равная по закону Джоуля-Ленца , должна быть равна i²_эфRT. Если ток в цепи синусоидальный, , то

. (32)

Однако из-за нелинейной зависимости магнитной индукции образца от внешнего поля возникает искажение синусоиды, и это соотношение оказывается несправедливым.

Поэтому i₀ можно определить другим методом с помощью эталонной катушки взаимной индуктивности М и вольтметра средних значений V_I. Для этого последовательно с намагничивающей обмоткой n₁ включают первичную обмотку эталонной катушки взаимной индуктивности М. Во вторичной обмотке этой катушки мгновенное значение ЭДС [1; 2] равно

. (33)

Средним значением ЭДС называется величина

, (34)

которую измеряют вольтметром средних значений. Вольтметр средних значений V_I, подключённый к катушке взаимной индуктивности, согласно (33) и (34), покажет величину

, (35)

где f - частота переменного тока; М - коэффициент взаимной индукции, i₀ - амплитудное значение тока в первичной обмотке.

Таким образом, в работе предлагается определить Н двумя способами: а) через эффективное значение тока в первичной обмотке:

(А/м); (36)

б) по измерениям средних значений ЭДС во вторичной обмотке эталонной катушки взаимной индуктивности:

(А/м), (37)

где i₀ рассчитывается из формулы (35).

Для того чтобы получить представление об искажении синусоидальной зависимости магнитного поля от времени, используется осциллограф. Для этого в намагничивающую цепь включается активное сопротивление R, на котором падение напряжения U(t)=i(t)R ~ H(t). Следовательно, если подать на Y-пластины осциллографа это напряжение, а на Х-пластины - напряжение от генератора развертки осциллографа, то на экране получится картина, отражающая зависимость H=H(t).

Измерение индукции

Для измерения индукции В₀, соответствующей вершине частного цикла, второй вольтметр средних значений подсоединяют к вторичной обмотке образца и измеряют ЭДС. Среднее значение ЭДС за период равно

,

откуда в системе СИ

(Тл) (38)

где S - площадь сечения образца (м²); f - частота 50 Гц; n₂ - число витков измерительной обмотки; - среднее значение ЭДС (в вольтах). В системе Гаусса

(Гс) (39)

S — площадь сечения в см².

Порядок измерений и обработка результатов

1. Собрать схему по рис. 21 и составить табл. 6 для занесения экспериментальных данных. Пригласить преподавателя или лаборанта для проверки схемы.

2. Измерить кривую намагничивания в параметрах В₀, Н₀, где Н₀ рассчитывается из измерений .

3. Измерить ту же самую кривую в параметрах В₀, Н_0эфф. Построить обе кривые на одном графике.

4. Рассчитать магнитную проницаемость.

(в системе СИ)

или

(В системе Гаусса)

и построить график зависимости.

5. Получить и зарисовать 3 - 4 осциллограммы и при разных полях. Для получения осциллограммы нужно на Y-пластины осциллографа подать напряжение со вторичной обмотки образца (на рис.21 показано пунктиром).

6. В отчете привести пример численного расчета всех величин: Н_0эф, Н₀, В и μ - для одного из значений тока.

7. Обсудить, почему не совпадают кривые B=f(H₀) и B=f(H_0эф).

8. В выводах привести основные характеристики данного ферромагнетика: В₀, Н_0эф, Н₀ - для предельного значения тока с указанием погрешностей, а также значение μ_max, найденное из графика.

9. С помощью осциллограмм H=f(t) объяснить, почему не совпадают кривые намагничивания, полученные разными методами (см. приложение, с.38).

Таблица 6

Измерение кривой намагничивания

iэф (мА)	Eср’ (мВ)	Eср’’ (мВ)	H0эф (А/м)	H0 (А/м)	B (Тл)	μ