Описание экспериментальной установки

Для наблюдения петли гистерезиса ферромагнетика на осциллографе применяется установка, схематически изображенная на рис. 10.4.

Основными элементами установки являются: трансформатор T с первичной и вторичной цепями и осциллограф. Первичная цепь служит для перемагничивания ферромагнитного сердечника и состоит из потенциометра R, амперметра, первичной обмотки на сердечнике с числом витков N₁, резистора R₁.

Рис. 10.4.

С помощью потенциометра R можно изменять ток I₁ в первичной обмотке, следовательно, и магнитное поле H, в котором находится сердечник. Ток I₁ контролируется амперметром. С резистора R₁ напряжение подается на горизонтально отклоняющие пластины. Величина напряжения

U_x = I₁ R₁ .

Напряженность магнитного поля H внутри сердечника вычисляется по формуле

(10.2)

где l  длина осевой линии сердечника .

Вторичная цепь служит для измерения индукции B сердечника и состоит из вторичной обмотки с числом витков N₂, резистора R₂ и конденсатора C. Напряжение с конденсатора C подается на вертикально отклоняющие пластины осциллографа.

Сущность индукционного метода заключается в следующем. Сердечник находится в переменном магнитном поле, созданном током. Переменный магнитный поток индуцирует (наводит) во вторичной обмотке ЭДС. Величина потока Ф, сцепленного с вторичной обмоткой,

Ф = N₂^.B^.S,

где N₂  число витков вторичной обмотки, S  площадь поперечного сечения сердечника.

По закону Фарадея ЭДС индукции вычисляют по формуле

Применим закон Ома для вторичной цепи, пренебрегая самоиндукцией вторичной обмотки:

. (10.3)

В данной схеме R₂ берется достаточно большим, тогда величиной U_c в формуле (10.3) можно пренебречь. Получим

откуда

На вертикально отклоняющие пластины осциллографа подается напряжение с конденсатора С.

,

откуда модуль индукции (10.4)

В результате на одни пластины осциллографа подается напряжение, пропорциональное H, а на другие  пропорциональное B. На экране осциллографа получится петля гистерезиса. За один период синусоидального тока электронный луч опишет на экране полную петлю гистерезиса, а за каждый следующий период полностью ее повторит. Поэтому на экране петля будет выглядеть неподвижной.

Порядок выполнения работы

1. Включить осциллограф в сеть. Для измерения магнитной индукции и напряженности магнитного поля используется осциллограф в режиме "Х-У". Для перехода в этот режим надо установить переключатель рода работ "П" и переключатель вида синхронизации в положение "Х-У". На вход канала “Х” подать сигнал, пропорциональный напряженности магнитного поля Н. На вход канала “У” подать сигнал, пропорциональный магнитной индукции В.

Внимание! Чувствительность по вертикальному и горизонтальному каналам соответствует положениям переключателей "В/дел" только тогда, когда ручки плавной регулировки усиления повернуты по часовой стрелке до упора (щелчка).

2. Ручками  и  установить изображение в центре экрана.

3. Включить цепь ключом К. Увеличивая ток, получить петлю гистерезиса при насыщении, занимающую большую часть экрана.

4. Снять координаты 10  12 различных точек петли (в делениях координатной сетки осциллографа: 1 деление = 1 клетка). Вычертить петлю на бумаге, выбирая по осям Х и У такой же масштаб, как на сетке осциллографа. Для этой цели можно использовать также прозрачную кальку.

5. С помощью осциллографа определить напряжение U_x и U_у вершин 1 или 4 петли гистерезиса (рис. 10.3 ), умножив для этого чувствительность осциллографа по оси Х и по оси У в "В/дел" на количество делений координатной сетки осциллографа по соответствующим осям.