Лабы / ЭТМ Лабораторная работа 1

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Изучение основных магнитных характеристик ферро- и ферримагнитных материалов

Отчет по лабораторной работе №1

Выполнил: студент группы 5А6Б ___________ Кошкин Д.Р.

^{(подпись)}

___________________

^(дата)

Проверил: преподаватель ___________ Шуликин С. Н.

^{(подпись)}

___________________

^(дата)

Томск 2018

Введение:

Относительная магнитная проницаемость вещества (µ) - это безразмерная, скалярная величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в веществе изменяется по сравнению с магнитной индукцией поля в вакууме.

Ферромагнитные домены - макроскопические области ферромагнетика с различными ориентациями спонтанной однородной намагниченности в одном из возможных направлений, соответствующих минимуму энергии магнитной анизотропии одного или нескольких типов (естественной кристаллографической, наведённой, анизотропии формы, магнитоупругой, поверхностной), а в общем случае и энергии намагниченности во внеш. магнитном, магнитостати-ческом и упругом полях.

Намагничивание ферромагнетиков - если размагниченный ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, то происходит перераспределение магнитных моментов доменов в направлении приложенного поля. Образуется новая доменная структура, которая соответствует минимальному значению полной свободной энергии ферромагнетика при данном внешнем поле.

Коэрцитивная сила () — одна из характеристик явления гистерезиса в ферромагнитных материалах, показывающая в какой степени затруднены в них процессы намагничивания (перемагничивания). Коэрцитивной силой называют напряженность размагничивающего поля, в котором ферромагнитный образец, первоначально намагниченный до насыщения, размагничивается.

По величине коэрцитивной силы магнитные материалы разделяются на магнитомягкие (малое ) и магнитотвердые (большое ).

Цель работы: Экспериментальная оценка влияния напряженности и частоты магнитного поля на индукцию и относительную магнитную проницаемость ферро- и ферримагнитных материалов.

Задание

1. Ознакомиться с физической природой намагничивания материалов.

2. Изучить схему экспериментальной установки и порядок выполнения работы.

3. При фиксированной частоте f1, путём ступенчатого изменения тока J первичной обмотки тороида W1, получить семейство петель гистерезиса.

4. Рассчитать величину индукции Bi, напряженность магнитного поля Hi, магнитную проницаемость µ.

Результаты расчётов занести в табл.

5. Построить графические зависимости B=f(H), µ= f(H).

6. Объяснить полученные зависимости.

Электрическая схема установки

На выше приведенной схеме:

ГЗ – генератор звуковой частоты, с плавным ее изменением в диапазоне от 20 Гц до 200 кГц.

РВН – регулировка входного напряжения генератора

Т – тороид, изготовленный из исследуемого магнитного материала

W₁ – число витков первичной обмотки тороида

W₂ – число витков вторичной обмотки тороида

mA – миллиамперметр в цепи первичной обмотки тороида

ЭО – электронный осциллограф

ЛВ – ламповый вольтметр

Параметры схемы

Магнитный материал тороида – феррит, число витков первичной обмотки тороида W₁ = 100, число витков вторичной обмотки тороида W₂ = 100, ёмкость С=3,3мкФ, R2=560 Ом, R1=20 Ом, lср = 55 мм

Площадь тороида: S = 63

Таблица данных с рассчитанными значениями B, H, µ

Таблица 1

I, мА	U, В	I,A	B	H	µ
0,89	0,037	0,00089	0,0109	1,618	5340,061
1,46	0,063	0,00146	0,0189	2,655	5542,71
2,03	0,09	0,00203	0,026	3,691	5694,832
2,58	0,117	0,00258	0,034	4,691	5825,063
3,13	0,144	0,00313	0,042	5,691	5909,526
3,65	0,17	0,00365	0,05	6,636	5982,608
4,17	0,196	0,00417	0,057	7,582	6037,463
4,67	0,22	0,00467	0,065	8,491	6051,183
5,16	0,243	0,00516	0,071	9,382	6049,104
5,64	0,266	0,00564	0,078	10,255	6058,108
6,1	0,288	0,0061	0,085	11,091	6064,53
6,56	0,308	0,00656	0,09	11,927	6030,889
7	0,327	0,007	0,096	12,727	6000,455
7,83	0,359	0,00783	0,105	14,236	5889,347
8,61	0,384	0,00861	0,113	15,655	5728,785
8,98	0,394	0,00898	0,116	16,327	5635,784
9,35	0,402	0,00935	0,118	17	5522,668
9,7	0,409	0,0097	0,12	17,636	5416,092
10,04	0,415	0,01004	0,122	18,255	5309,442
10,38	0,42	0,01038	0,123	18,873	5197,403
10,71	0,424	0,01071	0,124	19,473	5085,233
11,03	0,428	0,01103	0,125	20,055	4984,283
11,35	0,432	0,01135	0,127	20,636	4889,026
11,66	0,435	0,01166	0,128	21,2	4792,092
11,97	0,438	0,01197	0,129	21,76	4700,179
12,28	0,441	0,01228	0,13	22,327	4612,907
12,58	0,447	0,01258	0,131	22,872	4564,165
13,17	0,449	0,01317	0,132	23,945	4379,203
13,75	0,452	0,01375	0,133	25	4222,505
14,32	0,456	0,01432	0,134	26,036	4090,311
14,87	0,459	0,01487	0,135	27,036	3964,936
15,41	0,462	0,01541	0,136	28,018	3851,003
15,69	0,464	0,01569	0,137	28,52	3798,652
17	0,47	0,017	0,138	30,909	3551,268
17,26	0,472	0,01726	0,138	31,381	3512,656
17,78	0,474	0,01778	0,139	32,327	3424,373
18,28	0,476	0,01828	0,14	33,236	3344,762
18,77	0,478	0,01877	0,14	34,127	3271,132
19,5	0,481	0,0195	0,141	35,454	3168,436
19,98	0,483	0,01998	0,142	36,327	3105,175
21,9	0,486	0,0219	0,143	39,818	2850,537
24,2	0,493	0,0242	0,145	44	2616,773
26,6	0,499	0,0266	0,147	48,363	2409,647
29,1	0,504	0,0291	0,148	52,909	2224,703
31,9	0,509	0,0319	0,149	58	2049,564
34,7	0,514	0,0347	0,151	63,091	1902,69
38,8	0,52	0,0388	0,153	70,545	1721,496
41,8	0,524	0,0418	0,154	76	1610,236
45,6	0,529	0,0456	0,155	82,909	1490,134
49,5	0,533	0,0495	0,156	90	1383,109
54,2	0,538	0,0542	0,158	98,545	1275,021

Пример расчёта для таблицы 1

Рассчитаем индукцию, напряженность магнитного поля и относительную магнитную проницаемость для опыта:

График зависимостей для таблицы 1

Вывод:

В ходе лабораторной работы мы получили графики приближённые к идеальным. На график B=𝒇 (H), не наблюдается вогнутого участка при возрастании функции, после которого функция приобретает выпуклую форму. График µ=𝒇 (H) получился максимально приближённым к идеальному, функция сперва плавно возрастает, имеет свой выраженный пик, а затем плавно убывает.