Описание метода и экспериментальной установки

Для наблюдения петли гистерезиса на экране осциллографа необходимо подать на его вертикальный вход напряжение U_Y, пропорциональное индукции В суммарного поля, а на горизонтальный вход – напряжение U_X, пропорциональное напряженности поля Н.

Принципиальная схема установки дана на рис. 9.3.

На первичную обмотку тороидального образца Т из исследуемого ферромагнетика подается напряжение от лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) через сопротивление R₁. Изменением напряжения в первичной цепи сердечник до состояния магнитного насыщения. Падение напряжения на сопротивлении R₁ пропорционально току в первичной обмотке, т.е. величине напряженности поля Н в тороиде, поскольку U_X= =I₁×R₁ Н=n₁×I₁, , гдеп₁ – число витков на единицу длины в первичной обмотке. Это напряжение подается на вертикальный вход осциллографа. Во вторичной обмотке тороида наводится ЭДС индукции

(9.8)

где ψ – потокосцепление, N₂ – общее число витков вторичной обмотке, S₀ – площадь, охватываемая одним витком. В опыте изменяется только величина индукции поля, т.е.

.(9.9)

Пренебрегая ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке и падением напряжения на конденсаторе С, запишем для тока во вторичной обмотке тороида:

(9.10)

Таким образом, ток во вторичной цепи пропорционален скорости изменения индукции магнитного поля. Конденсатор, стоящий во вторичной цепи, является элементом интегрирующей цепи R₂C, и напряжением U_C на нем будет пропорционально величине индукции поля в сердечнике. Действительно,

(9.11)

Напряжение U_C = U_Y подается на вертикальный вход осциллографа. В результате совместного воздействия U_X и U_Y за один период синусоидального изменения I₁ и соответственно Н (см. рис. 9.2) электронный луч на экране опишет полную петлю гистерезиса и за каждый следующий период в точности повторит ее. При этом на экране осциллографа будет видна неподвижная петля гистерезиса. Изменяя I₁, можно на экране получать петли гистерезиса разной площади.

Для определения знаний Н и В в абсолютных единицах необходимо знать масштабы по осям координат, т.е. «цену» одного большого деления шкалы осциллографа в А/м по оси X и в теслах (Тл) по оси Y. Обозначим эти масштабы соответственно k_Х и k_Y. Тогда

Н = k_Х∙х и В = k_Y∙у (9.12)

где х и у – число больших делений шкалы. В соответствии с выражением (9.7)

,

откуда следует, что (9.13)

где γ_Х – чувствительность осциллографа по напряжению по оси X.

Из (9.11) следует, что , откуда,где γ_Y – чувствительность осциллографа по оси Y.

Порядок выполнения работы

1. Получить петлю гистерезиса:

1.1. Собрать электрическую цепь по рис. 9.3.

1.2. Отключить генератор развертки осциллографа, для чего ручку «Синх.ВН» опустить в положение x.

1.3. Подключить осциллограф к сети и появившейся на экране луч вывести в центр координатной сетки.

1.4. На вход ЛАТРа подать из сети напряжение 80 В. Меняя напряжение на входе ЛАТРа, и, следовательно, меняя Н и В, получить на экране петлю гистерезиса (ПГ). Добиться, чтобы петля имела участок насыщения и занимала бы возможно большую часть экрана; при этом, может быть, придется пользоваться ручкой (Вольт/дел.)

1.5. Снять координаты х, у (в больших делениях сетки осциллографа с точностью до десятых долей) нескольких точек основной кривой намагничивания. Для этого ручкой ЛАТРа уменьшить напряжение на его выходе (уменьшится и U_X, и U_Y). ПГ при этом будет сжиматься, а ее вершина будет перемещаться как раз по основной кривой. Таким образом, снимая каждый раз координаты вершины петли, получить нужные значения x и y. Результаты для 5-6 точек занести в табл. 9.1.

Таблица 9.1

X, дел.
Н, А
Y, дел.
В, Тл

1.6. Определить коэффициенты k_X и k_Y. По смыслу (см. (9.12), (9.13)) это те напряженность и индукция магнитного поля, которым соответствует отклонение по осям Х и Y на одно большое деление сетки осциллографа

где γ_X и γ_Y – чувствительность по напряжению по осям X и Y;

n₁, N₂, R₁, r₂, C, S₀ задаются;

γ_Y установить положением рукоятки осциллографа «Вольт/дел.»;

γ_X следует определить.

Для этого взамен напряжения U_X подать калиброванное напряжение с клеммы «0,6 В» осциллографа (тумблер «2 кГц» повернуть вправо). Для увеличения чувствительности тумблер «×l/×0,2» перевести на «0,2». На экране появятся две точки, расстояние между которыми x₀ соответствует 0,6 В. Измерить это расстояние в делениях шкалы и определить чувствительность по оси X:

1.7. По формулам (9.12) рассчитать Н и В, соответствующие снятым в п. 1.5 точкам основной кривой намагничивания. Результаты занести в табл. 9.1.

1.8. По данным п. 1.7. построить на миллиметровой бумаге основную кривую намагничивания B=f(H)