Электротехнические материалы. Лабораторный практикум

Материалы с малым значением Hс и большой магнитной проницаемостью называются магнитомягкими материалами. Материалы с большой коэрцитивной силой и сравнительно малой проницаемостью носят название магнитотвердых материалов.

Для ряда кристаллических веществ минимуму потенциальной энергии системы отвечает антипараллельное расположение магнитных моментов атомов с некоторым преобладанием одного направления над другим. Эти вещества называются ферримагнетиками. Они имеют доменную структуру, точку Кюри; к ним применимы все характеристики, введенные для ферромагнитных веществ.

Ферримагнетиками являются сложные оксидные материалы с общей химической формулой MeOFe2O3, где Me – символ двухвалентного металла. Эти материалы называют ферритами. Ферриты представляют собой магнитную керамику с высоким удельным электрическим сопротивлением. Техническое применение нашли ферриты, представляющие собой твердые растворы нескольких простейших соединений. Так, например, общая формула никель-цинковых ферритов имеет вид

mNiOFe2O3 + nZnOFe2O3 + pFe2O3,

где m, n, p – коэффициенты, определяющие количественные соотношения между компонентами.

7.2.Методика определения относительной магнитной проницаемости феррита

Для определения магнитной проницаемости используют катушку индуктивности с кольцевым сердечником. Сердечником является испытуемый материал – феррит. Расчет магнитной проницаемости производят по формуле

μ (πLDср2) ,

(μ0SW )

где L – индуктивность катушки с сердечником; Dср – средний диаметр сердечника; μ0 = 4π 10-7 – магнитная постоянная, Гн/м; S – площадь поперечного сечения сердечника; W – число витков катушки.

Для измерения индуктивности L образца будем использовать измеритель индуктивностей и емкостей высокочастотный Е7-9 (рис. 7.4).

В приборе имеются два высокочастотных генератора (Г1 и Г2), собранных по одинаковой схеме. В колебательный контур генератора Г1 включен образцовый конденсатор (C1; C2; C3). В контур генератора Г2 включается измеряемая индуктивность Lx. Колебания высокой частоты обоих генераторов подаются на смеситель СМ. Со смесителя колебания

61

разностной частоты подаются на индикатор равенства частот ИРЧ. В состав ИРЧ входят усилитель низкой частоты и индикатор нулевых биений (лампочка или телефон). Если частоты колебаний генераторов не равны, но мало отличаются друг от друга, то на выходе смесителя будут наблюдаться колебания особой формы – биения. Чем меньше разность частот генераторов, тем

меньше частота биений и, наконец, когда частоты генераторов совпадут, на выходе смесителя сигнал будет отсутствовать (нулевые биения). Нулевые биения являются условием, при котором можно оценить индуктивность катушки.

Для измерения индуктивности катушки необходимо:

1)тумблером «СЕТЬ» включить прибор;

2)установить значение «МНОЖИТЕЛЬ К» равным 10;

3)к клеммам L подключить катушку индуктивности;

4)изменяя емкость переменного эталонного конденсатора, настроить прибор на нулевые биения.

Если в качестве индикатора использовать телефон, то по тону звука можно судить о степени приближения к нулевым биениям. Понижение тона звука означает приближение к нулевым биениям, и после очень низких звуков в телефоне наступает тишина – это нулевые биения. Если в качестве индикатора использовать лампочку, то по мере приближения к нулевым биениям мигания лампочки замедляются, а при равенстве частот генераторов она гаснет.

После настройки прибора на нулевые биения индуктивность можно вычислить по формуле

Lх = kC2,

где Lx – индуктивность катушки, Гн; k – множитель; C2 – емкость эталонного конденсатора, соответствующая нулевым биениям, пФ.

Кроме объекта исследования, феррита, являющегося кольцевым сердечником катушки индуктивности и прибора Е7-9, в состав экспериментальной установки входят термошкаф и прибор, регистрирующий температуру (автоматический потенциометр КСП-4). Датчиком температуры для КСП-4 является термопара, шкала потенциометра проградуирована в градусах Цельсия.

Кроме прибора Е7-9 для измерения индуктивности образца Lх в лабораторной работе можно использовать цифровой измеритель RCL Р5070.

Для измерения индуктивности прибором Р5070 необходимо: 1) тумблером «Сеть» включить прибор;

62

2)к клеммам прибора подключить катушку индуктивности;

3)на приборе установить режим измерения индуктивности (L, H) и частоту либо 0,1 kHz, либо 1,0 kHz;

4)нажать кнопку «Старт» и снять показания.

7.3. Задания к лабораторной работе

1.Измерить индуктивность катушки с ферритовым сердечником при различных температурах.

2.Результаты измерений и расчетов занести в табл. 7.4.

3.Построить график зависимости μ = f(T) и по нему определить точку Кюри.

4.Проанализировать зависимость и сделать выводы по работе.

7.4. Контрольные вопросы

1.Нарисовать и объяснить зависимость относительной магнитной проницаемости ферромагнетика от температуры.

2.Нарисовать петлю гистерезиса для ферромагнетика и показать на ней характерные точки.

3.Чем обусловлен магнитный момент атома?

4.Какие процессы происходят в ферромагнетике при его намагничивании внешним полем?

5.Нарисовать и объяснить зависимость μ = f(H) для ферромагнетика.

6.Почему при циклическом перемагничивании магнитных материалов возникают магнитные потери? Каковы механизмы возникновения магнитных потерь?

7.В чем заключается явление магнитострикциии? В каких материалах оно более всего проявляется и для каких целей используется?

8.Можно ли из магнитных материалов изготовить тонкие пленки? Для каких целей они используются?

9.Может ли резина иметь ферромагнитные свойства?

10.Каковы достоинства ферритов по сравнению с классическими материалами?

63

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Интенсивное развитие электротехнической промышленности, создание новых энергоэффективных электротехнических устройств и комплексов является важнейшей задачей современного общества. Совершенствование электрических машин и аппаратов, разработка новых электронных устройств невозможны без глубокого освоения и изучения свойств материалов, применяемых в электротехнической области деятельности. Разработка и применение новых перспективных электротехнических материалов, таких как современные диэлектрические и магнитные материалы, сверхпроводники и полупроводниковые материалы, являются основным базисом для дальнейшего прогресса в области электроники, электротехники и электроэнергетики.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Богородицкий, Н. П. Электротехнические материалы / Н. П. Богородицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев. – Ленинград : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. – 304 с.

2.Борисова, М. Э. Физика диэлектриков / М. Э. Борисова, С. Н. Койков. – Ленинград : ЛГУ, 1979. – 240 с.

3.Воробьев, Г. А. Диэлектрические свойства электроизоляционных материалов / Г. А. Воробьев. – Томск : ТГУ, 1984. –124 с.

4.Окадзаки, К. Пособие по электротехническим материалам / К. Окадзаки. – Москва : Энергия, 1979. – 432 с.

5.Пасынков, В. В. Материалы электронной техники / В. В. Пасынков, В. С. Сорокин. – Москва : Высшая школа, 1986. – 376 с.

6.Справочник по электротехническим материалам : в 3 томах / под редакцией Ю. В. Корицкого. – Москва : Энергоатомиздат, 1987. – Т. 2. – 464 с.

7.Тареев, Б. М. Физика диэлектрических материалов / Б. М. Тареев. – Москва : Энергоиздат, 1982. – 320 с.

8.Электрические свойства полимеров / Б. И. Сажин, А. М. Лобанов, О. С. Романовская [и др.] ; под редакцией Б. И. Сажина. – Ленинград : Хи-

мия, 1986. – 224 с.

64

Учебное издание

Кузьмин Роман Вячеславович Хамитов Рустам Нуриманович Мешков Александр Сергеевич Сериков Александр Владимирович

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Лабораторный практикум

Под общей редакцией Р. В. Кузьмина

Редактор Т. И. Ивашкина

Подписано в печать 12.05.2022.

Формат 60×84 1/16. Бумага 65 г/м2. Ризограф EZ 570E. Усл. печ. л. 3,73. Уч.-изд. л. 3,50. Тираж 75 экз. Заказ 30586.

Редакционно-издательский отдел Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Комсомольский-на-Амуре государственный университет» 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.

Полиграфическая лаборатория Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Комсомольский-на-Амуре государственный университет» 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.

65