1.6. Применение ферромагнетиков

Магнитные свойства ферромагнетиков предопределяют их широкое применение в электротехнике, автоматике, телемеханике, приборостроении (постоянные магниты, статоры и роторы электрических генераторов, датчики, магнитные запоминающие устройства). По способности к намагничиванию и перемагничиванию ферромагнетики разделяют на магнитотвёрдые и магнитомягкие.

Магнитотвёрдые ферромагнетики намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях (). Эти материалы характеризуются большой коэрцитивной силой (рис. 9а) и применяются как постоянные магниты.

Магнитомягкие ферромагнетики намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в относительно слабых магнитных полях, и имеют малую коэрцитивную силу (), рис. 8а. Потери энергии на перемагничивание таких веществ – малые (эти потери пропорциональны площади петли гистерезиса). Поэтому такие ферромагнетики применяют как сердечник катушек и трансформаторов.

При намагничивании и размагничивании ферромагнитные тела меняют свои размеры – это явление называется магнитострикцией и применяется для изготовления магнитострикционных преобразователей электромагнитной энергии в механическую и наоборот (излучатели акустических и ультразвуковых колебаний, датчики давления, фильтры, резонаторы, стабилизаторы частоты).

2. Экспериментальная часть

2.1.Цель работы

Исследование зависимости μ(Н). Построение кривой Столетова.

2.2.Приборы и оборудование

Катушка с исследуемым ферромагнитным сердечником, трансформатор, реостат, амперметр, осциллограф.

2.3.Описание экспериментальной установки

Электрическая схема установки для получения петли гистерезиса и измерений В и Н показана на рис. 9.

Т – трансформатор, в зазоре которого помещена катушка L с исследуемым ферромагнитным сердечником.

R₂ – реостат, который применяют для изменения силы тока в первичной обмотке трансформатора.

А – амперметр, с помощью которого измеряют силу тока в первичной обмотке.

Клеммы и подключены к горизонтальному и вертикальному входам осциллографа.

Объясним принцип действия экспериментальной установки. Задача состоит в том, чтобы наблюдать петлю гистерезиса ферромагнетика, то есть измерять переменные во времени величины иПоскольку намагниченностьпропорциональна индукции магнитного полявнутри ферромагнетика, то задача сводится к измерению величини

Напряженность магнитного поля Н в зазоре трансформатора Т пропорциональна силе тока в его обмотке. С другой стороны, по закону Ома сила токапропорциональна падению напряженияU₁ на сопротивлении R₁ (рис. 9). Поэтому

.

(9)

Можно показать (см. приложение), что индукция магнитного поля В внутри ферромагнетика будет пропорциональной напряжению ,

.

(10)

Электронный осциллограф позволяет одновременно измерять два переменных во времени значения напряжений: величины отклонения электронного луча в горизонтальном и вертикальном направлениях пропорциональные двум падениям напряжения на „вертикальный” и „горизонтальный” входах осциллографа.

Если подать на „горизонтальный” вход осциллографа напряжение , а на „вертикальный” – напряжение, то величина отклонения луча в горизонтальном направлении (х) будет пропорциональной напряженности магнитного поля Н,

,

(11)

а величина отклонения луча в вертикальном направлении (у) будет пропорциональной индукции магнитного поля В

,

(12)

где и– известные коэффициенты пропорциональности. Таким образом, мы увидим на экране осциллографа петлю гистерезиса.

На осциллографе есть переключатели, которые выключают вертикальный или горизонтальный входы. Если их поочередно включать, то вместо петли гистерезиса на экране будет наблюдаться вертикальная или горизонтальная линии (рис. 10). Длины этих линий х и у пропорциональны соответственно Н и В, (см. выражения (11) – (12)).