II. Описание установки

Принципиальная электрическая схема установки представлены соответственно на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема установки

Сердечник из исследуемого ферромагнитного вещества (листовая сталь) вставлен в катушку трансформатора Тр., первичная обмотка которого с числом витков на единицу длины n₁ питается через сопротивление R₁ переменным током I₁. Величину тока I₁, а, следовательно, и величину подаваемого на горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа напряжения, определяемого по формуле (1) можно регулировать потенциометром Л.

(1)

Магнитное поле внутри катушки В₀ =μ₀n₁l₁. С учетом формулы (1) и чувствительности j_Х по Х (горизонтали) электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) для горизонтально отклоняющего напряжения имеем

(2)

где n_x - координата Х вершины петли гистерезиса, (₀=410^-7Гн/м=12,56637010^-7Гн/м – магнитная постоянная).

ЭДС индукции Е индуцирует переменный ток I₂ во вторичной обмотке трансформатора с числом витков N₂, поэтому напряжение, снимаемое с конденсатора емкостью С и подаваемое на вертикально отклоняющие пластины осциллографа, определяемого по формуле

. (3)

Рис. 3 Петля гистерезиса a-b-c-d-f-e-a

За один период синусоидального тока след электронного луча опишет, а за каждый последующий период повторит на экране осциллографа кривую, называемую петлей гистерезиса. В результате на экране будет видна неподвижная петля гистерезиса a-b-c-d-f-e-a (рис.3).

Учитывая закон Ома для вторичной цепи

а также пренебрегая U_C ввиду того, что R₂=10⁵ Ом – велико, и учитывая уравнения (3), имеем для вертикально отклоняющего напряжения ЭЛТ осциллографа следующие выражения:

(4)

где  - магнитный поток; S – площадь, охватываемая одним витком катушки; n_Y – координата Y вершины петли гистерезиса; j_Y - чувствительность ЭЛТ по Y (вертикали).

В результате на экране осциллографа электронным лучом вычерчивается зависимость B=f(B₀). Увеличивая потенциометром напряжение U_х, мы будем увеличивать амплитуду колебаний B₀ и получать на экране последовательный ряд петель, различных по площади. Верхняя точка (вершина) каждой петли находится на кривой намагничивания, т.е. чтобы построить кривую намагничивания необходимо снять координаты вершин петель. Используя выражения (2) и (4), получаем

. (5)

Зная, что

(6)

можно построить кривую магнитной проницаемости для ферромагнетиков.

При перемагничивании ферромагнетика часть энергии магнитного поля затрачивается на переориентировку доменов. Энергия W, выделяющаяся в виде теплоты Q в единице объема ферромагнитного сердечника за один цикл перемагничивания, пропорциональна площади S_n петли гистерезиса, построенной в координатах B и B₀. При частоте переменного тока =50 Гц за одну секунду в единице объема выделится теплота:

, (7)

где N – число клеток, содержащихся в петле.

III. Порядок выполнения работы

1. Подготовить генератор к работе:

множитель частоты – в положение 1;

переключатель напряжения – в положение 15 В;

регулятор нагрузки – в положение АТТ;

регулятор частоты в положение 50 Гц.

2. Подготовить стенд к работе:

кабель – гнездо G;

тумблер S1 – в положение «калибровка»;

тумблер S2 – в положение U_x;

выход X - канал А осциллографа;

выход Y - канал Б осциллографа.

3. Подготовить осциллограф к работе:

Левая часть

Канал А

кнопка - нажать

переключатель V/дел – в положение .2;

кнопка «режим» - отжать;

кнопка «синхр» - нажать;

Канал Б

Кнопка «режим» - нажать;

Кнопка «синхр» - отжать;

Переключатель V/дел – положение .5.

Правая часть

переключатель V/дел – в положение X;

кнопка HЧ – нажать;

остальные кнопки на панели должны быть отжаты.

4. Включить приборы в сеть.

Кнопку «сеть» на осциллографе потянуть на себя.

После минутного прогрева на экране должна появиться петля гистерезиса (ПГ).

Для вывода ПГ в центр использовать ручки: канал А - ↕;

в правой части панели - ↔.

5. Ручкой «Регулировка выхода» генератора получить максимальную ПГ с координатой n_x = 3 деления и измерить координату n_y.

6. Уменьшая выходное напряжение, получить семейство ПГ, у которых замерить координаты вершин верхней части ПГ n_x и n_y (не менее 10). Измерения проводить особо тщательно вблизи нуля, где петля стачивается в точку.

7. Результаты измерений занести в таблицу.

8. Снова получить на экране осциллографа максимальную петлю и приблизительно посчитать число больших клеток в верхней части петли n.

Таблица

nx
ny
B0
B
µ