Тарасов ЭУМК_Физика_бак_1_2 / 4 - лаб раб / II семестр / Лабораторная работа № 18

2

Лабораторная работа № 18

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ОСЦИЛЛОГРАФОМ И

ИЗУЧЕНИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА

Цель работы: определение основных характеристик ферромагнетика и получение петли гистерезиса с помощью электронного осциллографа.

Работа состоит из двух частей. В первой изучается принцип действия осциллографа, описанный в приложении. Во второй – исследуется ферромагнетик.

1. Введение

стью размагниченное состояние, называется основной кривой намагничивания. Она изображена на РИС. 1 жирной линией 01. Видно, что зависимость В(H) нелинейна. Для ферромагнетиков характерно также наличие гистерезиса. При действии на ферромагнетик переменного магнитного поля величина магнитной индукции В меняется по замкнутой петле 1-2-3-4-5-6-1 (РИС. 1), которая называется петлёй гистерезиса. Если постепенно увеличивать амплитуду переменного тока, определяющего напряжённость магнитного поля Н, то можно наблюдать постепенное увеличение площади петли (см. пунктирные кривые на РИС. 1). При достаточно большой напряжённости петля перестаёт меняться (максимальная петля) и лишь продолжают изменяться её линейные участки 1-1 , 4-4 . Вершины петель располагаются на основной кривой намагничивания.

1

2

Bост

3

5

4

4

Нкоэрц

Рис. 1

Гистерезис проявляется в том, что магнитная индукция в ферромагнетике не является однозначной функцией H; она зависит от предыстории образца – от того, в каких полях он был прежде. Например, в поле напряжённости Н1 (РИС. 1) магнит-

ная индукция В может принимать значения от B до B .

1 1

3

Максимальная петля гистерезиса характеризует магнитные свойства материала. В частности, пересечение её с осью ординат определяет остаточную индукцию

Вост, а пересечение с осью абсцисс – напряжённость поля, необходимую для размагничивания образца и называемую коэрцитивной силой Нкоэрц. Осциллографический метод исследования петли гистерезиса позволяет наблю-

дать ее визуально и относительно просто определять Вост и Нкоэрц. Площадь петли пропорциональна энергии, которую необходимо затратить на перемагничивание единицы объема образца в одном цикле.

2. Описание установки и метода измерений

Рассмотрим схему, приведённую на РИС. 2.

Рис. 2

На первичную обмотку I тороидального ферромагнитного образца подают переменное напряжение от блока питания ВС-24. Ток I1 первичной обмотки создаёт намагничивающее поле, напряжённость которого H = n1I1, где n1 – 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

На вертикально отклоняющие пластины Y подают разность потенциалов Uy, которую снимают с конденсатора, включенного последовательно с сопротивлением

R2 в цепь вторичной обмотки II тороида. Покажем, что Uy пропорциональна величине магнитной индукции В. Во вторичной обмотке тороида возникает ЭДС ин-

дукции, равная e N2 ddt , где Ф – магнитный поток сквозь один виток площадью

S, N2 – число витков. Поскольку в тонком тороиде магнитное поле можно считать однородным, то Ф = ВS и

4

Значения R2 и С подбирают таким образом, чтобы разность потенциалов на конденсаторе была мала по сравнению с напряжением на сопротивлении R2. При этих

В результате на одни пластины X подаётся разность потенциалов, пропорциональная Н, на другие Y – 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 её, поэтому на экране видна неподвижная петля.

Получая на экране осциллографа последовательно ряд петель гистерезиса и измеряя координаты их вершин, можно построить основную кривую намагничива-

ния B = f(H).

Для нахождения значений Н и В необходимо знать градуировку сетки экрана

трубки, т. е. определить, какое напряжение, поданное на вход X и Y (Uox, Uoy), вызывает отклонение пятна на одно деление координатной сетки. Тогда Ux = UoxX, Uy = UovY, где X и Y – координаты вершин петель гистерезиса (РИС. 3), и, согласно

(1) и (4):

По максимальной петле гистерезиса определяем Вост и Нкоэрц, измерив соответ-

ствующие координаты (удвоенные) 2yост и 2xкоэрц (РИС. 3) в делениях сетки экрана. Измерение отрезков, равных удвоенным координатам, проводят для большей

точности (так как положение центра петли определяется неточно).