Описание лабораторной установки
В лабораторной работе требуется получить основную кривую намагничивания (участок 0-1, см. рис. 1) и петлю гистерезиса для железного образца.
Исследуемый образец представляет собой тороид с железным сердечником и двумя обмотками: первичной и вторичной (рис. 2).
Рис. 2.
Первичная обмотка тороида служит для создания внешнего намагничивающего поля. Вторичная обмотка содержит 2-3 витка и служит для регистрации изменения магнитной индукции.
Напряженность намагничивающего поля в тороиде равна
(4)
где
-
ток в первичной обмотке тороида;
-
число витков первичной обмотки;
-
длина средней линии тороида.
Из формулы (4) видно, что изменить
можно, изменяя ток в первичной обмотке.
При изменении напряженности магнитного
поля, созданного первичной обмоткой
тороида, сердечник намагничивается, в
результате чего изменяется индукция
магнитного поля
.
Изменение индукции магнитного поля регистрируется с помощью баллистического гальванометра. Метод регистрации основан на явлении взаимной индукции. При изменении тока в первичной обмотке тороида изменяется магнитный поток, пронизывающий вторичную обмотку. Во вторичной обмотке при изменении магнитного потока возникает индукционный ток. По закону Фарадея - Ленца ЭДС электромагнитной индукции
где
-
ЭДС индукции;
-
число витков вторичной обмотки;
- изменение магнитного потока.
Величина индукционного тока по закону Ома будет равна
.
Ко вторичной обмотке тороида присоединен баллистический гальванометр. Величина отклонения зайчика гальванометра (отброс гальванометра) прямо пропорциональна величине заряда, прошедшего через гальванометр,
;
где
-
заряд, прошедший через гальванометр;
- отброс гальванометра;
- баллистическая постоянная гальванометра.
Величину заряда, прошедшего через
гальванометр, можно найти, зная
индукционный ток
,
;
;
.
Изменение магнитного потока через вторичную обмотку
,
где
-
площадь витка обмотки;
-
изменение магнитной индукции.
Т
огда
Отсюда видно, что
.
(5)
Таким образом, при изменении тока в первичной обмотке возникает отброс гальванометра, пропорциональный изменению индукции магнитного поля в ферромагнетике.
Для изменения тока в первичной обмотке служит ламповый реостат (см. рис. 10.2). Ламповый реостат представляет собой набор ламп одинакового сопротивления, включенных параллельно. При включении одной лампы сопротивление цепи уменьшается и ток возрастает. Так как все лампы одинаковы, то при включении каждой лампы ток изменяется на одну и ту же величину, а значит, и магнитное поле тока тоже изменяется на одну величину
.
Чтобы получить основную (начальную)
кривую намагничивания, нужно иметь
размагниченный образец, в котором
одновременно
и
равны 0.
Для размагничивания образца нужно
провести серию последовательных
перемагничиваний, уменьшая каждый раз
-
наибольшую напряженность магнитного
поля. При этом получится серия петель
гистерезиса, причем площадь каждой
последующей меньше, чем предыдущей
(рис. 3).
Рис. 3.
Если плавно уменьшать
,
то при
образец будет размагничен.
Практически можно осуществить
размагничивание, если включить тороид
в цепь переменного тока. При уменьшении
величины переменного тока будет
уменьшаться и напряженность
и с частотой 50 Гц изменяться направление
напряженности магнитного поля. При
образец окажется размагниченным.