ЯВление гистерезиса в ферромагнетиках

Цель работы:

1) изучить процесс намагничивания ферромагнетиков с помощью осциллографа;

2) рассчитать остаточную индукцию и коэрцитивную силу.

7.1. Сведения из теории

Любое вещество под действием магнитного поля намагничивается, т. е. создает собственное магнитное поле. Магнитная проницаемость среды μ показывает, во сколько раз модуль индукции магнитного поля в среде B отличается от модуля индукции намагничивающего поля B₀:

, (7.1)

где H – напряженность магнитного поля.

Сложная зависимость магнитной индукции В от напряженности Н, периодически меняющейся со временем, называется магнитным гистерезисом. Если не намагниченный ферромагнетик поместить в постепенно увеличивающееся магнитное поле, то магнитная индукция В

увеличивается с ростом Н нелинейно (участок ОА – основная кривая намагничивания), так как  зависит от Н (см. рис. 7.1). При дальнейшем увеличении Н зависимость В от Н становится линейной (отрезок АС), так как здесь  = const (насыщение ферромагнетика), и В возрастает теперь только за счет увеличения внешнего намагничивающего поля. При уменьшении внешнего поля кривая размагничивания опишется отрезком АD. Величина В_r = ОD (при Н = 0) называется остаточной индукцией, т. е. ферромагнетик остается намагниченным при отсутствии внешнего магнитного поля. Для уничтожения остаточной индукции (размагничивания ферромагнетика) необходимо приложить внешнее магнитное поле, имеющее направление, противоположное направлению внешнего магнитного поля, вызвавшего намагничивание. Когда напряженность внешнего магнитного поля достигает значения Нс, ферромагнетик полностью размагничен. Величина Нс называется коэрцитивной силой. При дальнейшем увеличении Н вновь достигается насыщение. Если затем вновь уменьшать внешнее магнитное поле и вновь изменять его направление на противоположное, то получится петлеобразная кривая – петля гистерезиса (см. рис. 7.1). Явление гистерезиса заключается в отставании изменения магнитной индукции в ферромагнетике от изменения внешнего магнитного поля.

7.2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из генератора переменного напряжения ЗГ, осциллографа и блока, содержащего трансформатор с ферромагнитным сердечником и интегрирующую цепочку R₅C₄ . Из-за сложности схемы заранее произведена коммутация приборов соединительными проводами. На экране осциллографа получается изображение петли гистерезиса в ферромагнетиках.

Модуль напряженности намагничивающего поля определяется по формуле:

, (7.2)

где  – постоянная, определяемая параметрами установки,

; (7.3)

Х – координата луча на горизонтальной оси ОХ экрана осциллографа при условии, что начало координат находится в центре петли гистерезиса; k_х – коэффициент развертки по оси ОХ, В/дел; l – длина средней линии ферромагнитного сердечника, на котором равномерно распределена первичная (намагничивающая) обмотка; N₁ – число витков в возбуждающей обмотке.

Модуль индукции магнитного поля в ферромагнетике можно вычислить по формуле:

; (7.4)

, (7.5)

где Y – координата луча на вертикальной оси ОY экрана осциллографа при условии, что начало координат находится в центре петли гистерезиса; k_y – коэффициент развертки по оси ОY, B/дел; N₂ – число витков в измерительной катушке; S – площадь поперечного сечения ферромагнитного образца (в лабораторной схеме – сердечника трансформатора).