Тема 5 Изучение магнитного гистерезиса

с помощью электронного осциллографа

1. Ферромагнетизм

2. Магнитный гистерезис

3. Метод изучения магнитного гистерезиса с помощью электронного осциллографа

Лабораторная работа 5

Изучение магнитного гистерезиса с помощью электронного

осциллографа

Цель работы: изучение явления магнитного гистерезиса в трансформаторной стали, измерение ее магнитных характеристик.

Материалы и оборудование: 1) тороид; 2) источник переменного тока; 3) амперметр; 4) осциллограф, тип СI-73; 5) магазин сопротивлений; 6) магазин емкостей, тип Р-583; 7) потенциометр; 8) соединительные провода.

Теоретические сведения

1 Ферромагнетики

Ферромагнетики (железо, никель, кобальт, сплавы на основе этих элементов, а также на основе хрома и марганца, некоторые редкоземельные элементы и т.д.) обладают специфическими магнитными свойствами.

1. Они способны сильно намагничиваться даже в слабых внешних полях. Это означает, что магнитная восприимчивость и относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков велики (). Для парамагнетиков обычно не превышает .

2. Зависимость намагниченности (суммарного магнитного момента атомов в единице объема вещества) , а также индукции от напряженности поля нелинейная (рисунки 5.1; 5.2). Здесь − магнитная постоянная. При некотором значении достигается состояние магнитного насыщения. Кривая становится почти горизонтальной, а идет линейно под некоторым углом к оси абсцисс. Нелинейная зависимость и от объясняется тем, что и не являются постоянными величинами для данного вещества, а сами зависят от (рисунок 5.3).

3 В ферромагнетиках наблюдается магнитный гистерезис (гистерезис-отставание, задерживание, запаздывание), т.е. отставание индукции в веществе от напряженности намагничивающего поля (рисунок 5.4).

4 Каждое вещество этой группы ферромагнитно лишь при температурах ниже некоторой (различной для разных веществ), называемой температурой или точкой Кюри . При температурах выше эти вещества теряют ферромагнитные свойства и становятся обычными парамагнетиками.

В кристаллическом ферромагнетике при определенных условиях образуется так называемая доменная структура. Доменами называются небольшие () области, каждая из которых спонтанно (самопроизвольно) намагничена до насыщения.

Рисунок 5.1 Рисунок 5.2 Рисунок 5.3

Это означает, что без внешнего поля, т. е. под действием только внутренних причин, собственные магнитные моменты всех атомов отдельного домена ориентируются в одном направлении. Домен, в целом, обладает определенным магнитным моментом. Для различных доменов направление их моментов различно, поэтому суммарная намагниченность всего тела может быть равна нулю. Во внешнем магнитном поле в веществе происходят сложные и многообразные процессы. Упрощенно явление можно представить как ориентацию магнитных моментов доменов (а не отдельных атомов, как в парамагнетиках) вдоль поля. Это приводит к сильному намагничиванию. При достаточных полях магнитные моменты всех доменов выстраиваются вдоль поля – в намагничивании вещества наступает насыщение.