2 Описание установки и метода измерений

Принципиальная схема экспериментальной установки представлена на рисунке 2.

На первичную обмотку тороида T подается переменное напряжение от генератора ГСФ-2. В цепь первичной обмотки включен резистор с сопротивлением R₁.

В сердечнике тороида из исследуемого ферромагнитного материала создается переменное магнитное поле, напряженность которого пропорциональна силе тока, идущего через сопротивление R₁.

ТокI₁ первичной обмотки создает намагничивающее поле, напряженность которого равна H=nI₁, где n – число витков первичной обмотки на единицу длины тороида.

Напряжение, снимаемое с сопротивления R₁ в цепи первичной обмотки, подают на горизонтально отклоняющие пластины X осциллографа. Величина этого напряжения пропорциональна напряженности магнитного поля Н:

(6)

Следовательно, напряженность магнитного поля:

(7)

На вертикально отклоняющие пластины Y подают разность потенциалов U_y, которую снимают с конденсатора, включенного последовательно с сопротивлением R₂ в цепь вторичной обмоткиIIтороида.

Покажем, что U_yпропорциональна величине магнитной индукции В. Во вторичной обмотке тороида возникает ЭДС индукции, равная

, (8)

где Ф – магнитный поток через один виток площадью S; N – число витков.

Поскольку в тонком тороиде магнитное поле можно считать однородным, то

Ф = ВS (9)

и

. (10)

Значения R₂ и С подбирают таким образом, чтобы разность потенциалов на конденсаторе была мала по сравнению с напряжением на сопротивлении R₂. При этих условиях ток во вторичной цепи равен Учитывая выражение (8),получим

. (11)

Величину U_y находят по формуле

, (12)

где – заряд на обкладках конденсатора.

Подставляя значение I₂ из уравнения (9), будем иметь

. (13)

Следовательно, из (13) получаем (опуская знак минус) индукцию магнитного поля:

(14)

В результате на одни пластины X подается разность потенциалов, пропорциональнаяН, на другиеY– пропорциональная В, и на экране осциллографа будет наблюдаться петля гистерезиса.

За один период синусоидального изменения тока след электронного луча на экране образует полную петлю гистерезиса, а за каждый последующий период в точности повторяет ее, поэтому на экране видна неподвижная петля.

3 Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с органами управления и регулировки осциллографа. Изучить устройство и назначение его основных узлов.

2. Установить органы управления осциллографа ОСУ-20, как показано в таблице 1.

3. На панель стенда.выведены клеммы U_xиU_y. Для полученияпетли гистерезиса необходимо соединить кабелем клеммы U_x и пластины X осциллографа. Затем подключить кабель, идущий от гнезда осциллографа (вход Y), к клеммам U_y.

Таблица 1

Наименование	Положение переключателя
INTER	Среднее положение
FOCUS	Среднее положение
X1−X5	Отжат
MODE	DUAL
NORM−INV	Нажат
TRIG LEVEL	0
SLOPR	Отжат
X1−X10	Отжат
CAL−VAR	Отжат
VARIABLE	Среднее положение
VOLTS/DIV (ЛЕВ)	0.1 В/дел (положение большой и малой ручек совпадает)
VOLTS/DIV (ПР)	В/дел (положение большой и малой ручек совпадает)
MODE (NORM−TV−V)	AUTO
TIME/DIV	X-Y
AC−GND−DC (CH 1)	DC
AC−GND−DC (CH 2)	DC
TRIGGER SOURSE	LINE
POWER	Отжат

4. Ознакомиться с органами управления и регулировки генератора сигналов ГСФ-2.

Таблица 2

Наименование	Положение переключателя
Задающий генератор ( − − )
Частота (1 − Гц − 4)	1
Подстройка частоты (-5 − % − +5)	Среднее положение
Усилитель ( − 0 − =)
Переключатель сигнала (20 В − 1А)	20 В
Амплитуда (0 − 1)	Среднее положение
Источник постоянного напряжения (ИПН)	Среднее положение
ГЕН−ВНЕШ	ГЕН
мс−Гц−кГц	Гц
Множитель (3 − 1)	1
Множитель (10 − 1)	1
Множитель (100 − 1)	100

5. Установить органы управления генератора сигналов ГСФ-2, как показано в таблице 2.

6. В первичную обмотку исследуемого образца подать переменное напряжение от генератора сигналов ГСФ-2 через выходы “ВЫХ” и “ОБЩ”.

7. С помощью ручек “POSITIONХ” и “POSITIONY”осциллографарасположить петлю гистерезиса симметрично относительно центра координатной сетки.

8. По характерным точкам нарисовать наблюдаемую на экране петлю гистерезиса.

9. Определить координаты вершин 2x и 2y петли гистерезиса (рисунок 3), измерив соответствующие координаты (удвоенные) в делениях сетки экрана.

Измерение отрезков, равных удвоенным координатам, производят для большей точности (так как положение центра петли определяется неточно).

10. С

    

    Рисунок 3 – Петля гистерезиса

    огласно (7) и (14) рассчитать напряженность и магнитную индукцию магнитного поля:

(15)

и

(16)

где и − значения цены деления сетки экрана осциллографа (положение ручек VOLTS/DIV).

11. Определить 2x_к и 2y_ост петли гистерезиса (рисунок 3). По формулам (15) и (16) рассчитать коэрцитивную силу Н_к и остаточную намагниченность В_ост ферромагнетика.

12. Провести математическую обработку результатов эксперимента.