5. Методика експериментального методу зняття петлі гістерезису за допомогою осцилографа
На рис. 50.6 наведена принципова схема лабораторної установки для зняття петлі гістерезису за допомогою електронного осцилографа. Досліджуваний феромагнетик являє собою тороїд (кільце) з двома обмотками: І - первинна; ІІ - вторинна.
В
ід
ЛАТРа (лабораторного автотрансформатора)
через первинну обмотку тороїда пропускають
змінний струм, який створює в феромагнетику
намагнічуюче поле напруженістюН(50.8), деІ- сила струму;N- число
витків первинної обмотки;l2- її довжина.
Згідно закону Ома при силі струму І напругаUxна кінцях резистораRрівна (50.9) і тоді, як випливає з (50.8), ця напруга буде пропорційна напруженостіНнамагнічуючого поля (50.10). Це змінне магнітне поле (струм змінний) індукує у вторинній обмотці тороїда електрорушійну силу ЕРС, яка згідно закону електромагнітної індукції пропорційна швидкості зміни магнітного потоку (50.11). Магнітний потік через витки вторинної обмотки дорівнює (50.12), деN2- число витків обмотки;S- площа поперечного перерізу обмотки (тут це площа поперечного перерізу тороїда, на який намотана обмотка);В- індукція магнітного поля.
(50.8)
(50.9)
(50.10)
(50.11)
(50.12)
(50.13)
(50.14)
З
(50.11) і (50.12) отримаємо рівняння (50.13), де
значення індукції В магнітного поля
входить під знак диференціала. Для того,
щоб отримати електричний сигнал, який
пропорційний індукції, використовують
електричну схему з резистора R2та конденсатораС(рис.50.6). Така
електрична схема називається інтегруючим
ланцюжком, де аналогом математичного
інтегрування розв'язку рівняння (50.13) є
накопичення (сумування) заряду на
обкладинках конденсатора. На вхід такого
ланцюжка подається диференціальна
величина
,
а на виході отримуємо напругу (50.14), яка
пропорційнаВ.
Для того, щоб отримати петлю гістерезису, використовують електричний осцилограф. На одну пару пластин (відхилення по горизонталі - вхід «Х») подають напругу Ux, яка пропорційна напруженостіНнамагнічуючого поля. На другу пару пластин (відхилення по вертикалі - вхід «Y») подають напругуUy, яка пропорційна індукції В магнітного поля в досліджуваному феромагнетику. Електронний промінь, здійснюючи такі зміщення у взаємно перпендикулярних напрямах, опише на екрані залежністьВвідН. За один період змінного струму електронний промінь опише повну петлю гістерезису, а за кожний наступний повторить її. Тобто на екрані осцилографа буде видна нерухома петля гістерезису даного феромагнетика.
Координати точок отриманої петлі визначають за міліметровими поділками шкали на екрані осцилографа. При розрахунках магнітних властивостей феромагнетика необхідно від поділок шкали в міліметрах перейти до відповідних магнітних величин (ВтаН). Для цього зручно скористуватись чутливістю осцилографа. Для горизонтально відхиляючих - (50.16), де Х - зміщення променя по горизонталі; Y - по вертикалі при відповідних напругахUx іUy. Вимірявши в міліметрах на екрані осцилографа координати X і Y точок петлі гістерезису, з (50.15) і (50.16) та (50.10) і (50.14) отримаємо відповідні значення напруженостіН(50.17) намагнічуючого поля та індукціїВ(50.18) поля в феромагнетику.
(50.15)
(50.16)
(50.17)
(50.18)