Исследовательская часть
Описание установки. Результаты практической работы.
Для проведения эксперимента была использована установка, состоящая из генератора низкочастотных сигналов, двухлучевого осциллографа, источника постоянного тока, колец Гельмгольца, пьезокерамических резонаторов, измерительной катушки и ферритового стержня. Рисунок 2.1.
Рисунок 2.1 - Фотография установки
Принципиальная схема установки представлена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Принципиальная схема установки
1–генератор
сигналов низкочастотный; 2-пьезокерамические
резонаторы; 3–двухлучевой осциллограф;
4– источник постоянного тока; 5– кольца
Гельмголца;6– измерительная катушка;
7– ферритовый стержень
1)Сравнение по фазе акустического сигнала и сигнала ЭДС магнитоупругого эффекта (желтая синусоида- акустический сигнал, синяя синусоида- сигнал напряженности). Рисунок 2.3 и 2.4.
Рисунок 2.3 –Сравнение по фазе акустического сигнала и сигнала ЭДС индукции магнитоупругого эффекта.
Рисунок
2.4 – Сравнение по фазе акустического
сигнала и сигнала ЭДС индукции
магнитоупругого эффекта (смещение на
).
Фаза
смещается на
.
2) Определение внешнего магнитного поля в объеме колец Гельмгольца.
В отсутствии внешнего магнитного поля также наблюдается магнитоупругий эффект, при включении магнитного поля ЭДС магнитоупругого эффекта возрастает.
Для определения напряженности внешнего магнитного поля в объеме колец Гельмгольца мы подключили их к источнику постоянного тока для создания однородного магнитного поля между колец и изменяли значение напряжения от 0,1В до 4В с шагом 0,1В (таблица 2.1). В итоге, мы получили тарировочную (рисунок 2.4) кривую.
Таблица 2.1
|
U, В |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
H,A/м |
34,3 |
53 |
71,6 |
89,6 |
109 |
125,8 |
143 |
162,6 |
183 |
203 |
|
U, В |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2 |
|
H,A/м |
220 |
237 |
255,6 |
273,6 |
292,5 |
311 |
329 |
348,5 |
366,6 |
385,6 |
|
U, В |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
2,9 |
3 |
|
H,A/м |
403,3 |
421,6 |
440 |
458 |
478,3 |
497,5 |
515 |
534,6 |
553 |
571 |
|
U, В |
3,1 |
3,2 |
3,3 |
3,4 |
3,5 |
3,6 |
3,7 |
3,8 |
3,9 |
4 |
|
H,A/м |
590,5 |
610 |
629,3 |
647,6 |
666,5 |
685,3 |
703,8 |
723 |
742 |
762 |
Рисунок 2.4 – Тарировочная кривая
3)
Также, измерили изменение амплитуды
колебаний напряжения при изменении
напряжения. Измерения проводились на
трех частотах (таблицы 2.2, 2.3, 2.4).
Таблица 2.2 - Частота сигнала- 84,4 кГц.
|
U, В |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
Аmp U, В |
12,93 |
14,4 |
19,8 |
23.2 |
22.9 |
28 |
31.5 |
36.4 |
38.9 |
44.8 |
|
U, В |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2 |
|
Аmp U, В |
45.9 |
52 |
55.2 |
57.1 |
61.3 |
65.6 |
70.1 |
73.6 |
76.8 |
85.6 |
|
U, В |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
2,9 |
3 |
|
Аmp U, В |
88 |
90.7 |
93.1 |
94.9 |
97.1 |
102.3 |
106.3 |
109.3 |
115.3 |
118 |
|
U, В |
3,1 |
3,2 |
3,3 |
3,4 |
3,5 |
3,6 |
3,7 |
3,8 |
3,9 |
4 |
|
Аmp U, В |
121 |
124.3 |
127.3 |
131.7 |
134.3 |
137.3 |
140.7 |
144.7 |
148 |
155.3 |
Таблица 2.3 - Частота сигнала- 98,2кГц.
|
U, В |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
Аmp U, В |
3,4 |
4,6 |
5,2 |
5,8 |
6,2 |
6,8 |
7,6 |
8,2 |
9 |
10,4 |
|
U, В |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2 |
|
Аmp U, В |
11 |
11,6 |
12,2 |
12,8 |
13,6 |
14,4 |
15,2 |
16 |
17,2 |
18,4 |
|
U, В |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
2,9 |
3 |
|
Аmp U, В |
19,2 |
20,6 |
21,2 |
22,2 |
22,8 |
23,2 |
24 |
24,8 |
25,6 |
26,4 |
|
U, В |
3,1 |
3,2 |
3,3 |
3,4 |
3,5 |
3,6 |
3,7 |
3,8 |
3,9 |
4 |
|
Аmp U, В |
27,2 |
28,4 |
29,2 |
30 |
31 |
32 |
32,8 |
33,6 |
34,4 |
35,2 |
Таблица
2.4 - Частота сигнала- 111,960 кГц.
|
U, В |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
Аmp U, В |
1,2 |
1,44 |
1,8 |
2,1 |
2,3 |
2,6 |
3 |
3,3 |
3,6 |
3,9 |
|
U, В |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2 |
|
Аmp U, В |
4,2 |
4,4 |
4,7 |
4,9 |
5,2 |
5,4 |
5,8 |
6,1 |
6,4 |
6,8 |
|
U, В |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
2,9 |
3 |
|
Аmp U, В |
7,2 |
7,6 |
8 |
8,4 |
8,8 |
9,2 |
9,6 |
10 |
10,4 |
10,8 |
|
U, В |
3,1 |
3,2 |
3,3 |
3,4 |
3,5 |
3,6 |
3,7 |
3,8 |
3,9 |
4 |
|
Аmp U, В |
11,2 |
11,5 |
11,8 |
12,2 |
12,6 |
13 |
13,4 |
13,8 |
14,2 |
14,8 |
Используя данные тарировочного графика и результаты измерений из таблиц 2.2,2.3 и 2.4, построим графики зависимости амплитуды напряжения от напряженности магнитного поля для частот 84,4; 98,2 и 111,960 кГц (таблицы 2.5, 2.6, 2.7).
Таблица 2.5 -Частота 84,4 кГц.
|
H,A/м |
34.3 |
53 |
71.6 |
89.6 |
109 |
125.8 |
143 |
162.6 |
183 |
203 |
|
Аmp U, В |
12,9 |
14,4 |
19,8 |
23.2 |
22.9 |
28 |
31.5 |
36.4 |
38.9 |
44.8 |
|
H,A/м |
220 |
237 |
255.6 |
273.6 |
292.5 |
311 |
329 |
348.5 |
366.6 |
385.6 |
|
Аmp U, В |
45.9 |
52 |
55.2 |
57.1 |
61.3 |
65.6 |
70.1 |
73.6 |
76.8 |
85.6 |
Продолжение
таблицы 2.5
|
H,A/м |
403.3 |
421.6 |
440 |
458 |
478.3 |
497.5 |
515 |
534.6 |
553 |
571 |
|
Аmp U, В |
88 |
90.7 |
93.1 |
94.9 |
97.1 |
102.3 |
106.3 |
109.3 |
115.3 |
118 |
|
H,A/м |
590.5 |
610 |
629.3 |
647.6 |
666.5 |
685.3 |
703.8 |
723 |
742 |
762 |
|
Аmp U, В |
121 |
124.3 |
127.3 |
131.7 |
134.3 |
137.3 |
140.7 |
144.7 |
148 |
155.3 |
H, А/м
Рисунок 2.5 - Зависимость амплитуды напряжения от напряженности магнитного поля при частоте акустического сигнала 84,4 кГц.
Таблица 2.6 - Частота 98,2кГц.
|
H,A/м |
34.3 |
53 |
71.6 |
89.6 |
109 |
125.8 |
143 |
162.6 |
183 |
203 |
|
Аmp U, В |
3,4 |
4,6 |
5,2 |
5,8 |
6,2 |
6,8 |
7,6 |
8,2 |
9 |
10,4 |
|
H,A/м |
220 |
237 |
255.6 |
273.6 |
292.5 |
311 |
329 |
348.5 |
366.6 |
385.6 |
|
Аmp U, В |
11 |
11,6 |
12,2 |
12,8 |
13,6 |
14,4 |
15,2 |
16 |
17,2 |
18,4 |
|
H,A/м |
403.3 |
421.6 |
440 |
458 |
478.3 |
497.5 |
515 |
534.6 |
553 |
571 |
|
Аmp U, В |
19,2 |
20,6 |
21,2 |
22,2 |
22,8 |
23,2 |
24 |
24,8 |
25,6 |
26,4 |
|
H,A/м |
590.5 |
610 |
629.3 |
647.6 |
666.5 |
685.3 |
703.8 |
723 |
742 |
762 |
|
Аmp U, В |
27,2 |
28,4 |
29,2 |
30 |
31 |
32 |
32,8 |
33,6 |
34,4 |
35,2 |
Рисунок
2.6 - Зависимость амплитуды напряжения
от напряженности магнитного поля при
частоте акустического сигнала 98,2кГц.
Таблица 2.7 - Частота 111,960 кГц.
|
H,A/м |
34.3 |
53 |
71.6 |
89.6 |
109 |
125.8 |
143 |
162.6 |
183 |
203 |
|
Аmp U, В |
1,2 |
1,44 |
1,8 |
2,1 |
2,3 |
2,6 |
3 |
3,3 |
3,6 |
3,9 |
|
H,A/м |
220 |
237 |
255.6 |
273.6 |
292.5 |
311 |
329 |
348.5 |
366.6 |
385.6 |
|
Аmp U, В |
4,2 |
4,4 |
4,7 |
4,9 |
5,2 |
5,4 |
5,8 |
6,1 |
6,4 |
6,8 |
|
H,A/м |
403.3 |
421.6 |
440 |
458 |
478.3 |
497.5 |
515 |
534.6 |
553 |
571 |
|
Аmp U, В |
7,2 |
7,6 |
8 |
8,4 |
8,8 |
9,2 |
9,6 |
10 |
10,4 |
10,8 |
|
H,A/м |
590.5 |
610 |
629.3 |
647.6 |
666.5 |
685.3 |
703.8 |
723 |
742 |
762 |
|
Аmp U, В |
11,2 |
11,5 |
11,8 |
12,2 |
12,6 |
13 |
13,4 |
13,8 |
14,2 |
14,8 |
Рисунок
2.7 - Зависимость амплитуды напряжения
от напряженности магнитного поля при
частоте акустического сигнала 111,960кГц.