laby po fizike / Laboratornaia rabota №28

7

Московский Энергетический Институт

(технический университет)

Кафедра ОФ и ЯС

Лаборатория электричества и магнетизма.

Лабораторная работа №28

ИЗУЧЕНИЕ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА

Группа:
Студент:
Преподаватель:
К работе допущен:
Дата выполнения:
Работу сделал:
Работу сдал:

МОСКВА 2004

Цель работы - наблюдение петель гистерезиса; определение ос­новной кривой намагничивания; измерение зависимости намагничен­ности и относительной магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля; оценка остаточной намагниченности и коэрцитивной силы.

1. Теоретические основы работы

Магнетиками называются вещества способные намагничиваться под действием магнитного поля. Намагниченное вещество создает магнитное поле , которое накладывается на внешнее поле (поле, созданное макроскопическими токами). Оба поля в сумме дают результирующее поле

.

Намагничивание изотропного магнетика характеризуется магнитным моментом единицы объема. Эта величина называется намагниченностью и определяется выражением

,

где - физически бесконечно малый объем, взятый в окрестности рассматриваемой точки; - магнитный момент молекулы.

В магнетиках закон полного тока для магнитного поля принимает вид

, (1)

где I - алгебраическая сумма макроскопических токов, сцепленных с контуром L; I_мол - молекулярный ток, сцепленный с контуром и обусловленный движением электронов в молекулах вещества (гипотеза Ампера).

Молекулярный ток определяет намагниченность магнетика, причем циркуляция вектора намагниченности равна алгебраической сумме сцепленных с контуром молекулярных токов

. (2)

С учетом (2) закон полного тока (1) можно представить в виде

. (3)

Физическая величина, стоящая под знаком интеграла в выражении (3), определяется только макроскопическими токами и называется напряженностью магнитного поля

.

Отсюда магнитная индукция в магнетике

. (4)

С учетом того, что намагниченность магнетика пропорциональна напряженности магнитного поля , где - магнитная восприимчивость вещества (в общем случае может зависеть от напряженности магнитного поля), выражение (4) можно записать в виде

,

или

, (5)

где - относительная магнитная проницаемость.

По характеру зависимости магнитной восприимчивости, а, следова­тельно, и намагниченности от напряженности внешнего магнитного поля магнетики делятся на три типа - парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики.

Для ферромагнетиков характерна существенно нели­нейная зависимость намагниченности от напряженности внеш­него магнитного поля (область I рис. 1) и большое значение магнитной проницаемости (десятки и сотни тысяч).

В сильных полях (область II) наступает магнитное насыщение и намагниченность не зависит от напряженности поля.

При намагничивании ферромагнетиков имеет место магнит­ный гистерезис (зависимость намагниченности от предшествующего состояния). При циклических изменениях величины и направления напряженности внешнего магнитного поля эта зависимость характери­зуется кривой, называемой петлей гистерезиса (рис. 2).

Если ферромагнетик был первоначально размагничен (H = 0, B = 0), то его намагничивание происходит по основной кривой намагничивания 0 - 1. В точке 1 напряженность H_н и магнитная индукция B соответствуют состоянию магнитного насыщения.

Размагничивание происходит по кривой (1-2-3-4). При H = 0 намагниченность ферромагнетика не исчезает и характеризуется величиной , которая называется остаточной магнитной индукцией. Значение напряженности H_с, при которой магнитная индукция обращается в нуль, называется коэрцитивной силой.

Под действием переменного магнитного поля магнитная индукция изменяется по кривой 1-2-3-4-5-1. Эта кривая называется предельной петлей гистерезиса. Петли гистерезиса, лежащие внутри этой кривой, называются частными циклами.

Магнитная проницаемость (а следовательно, и магнитная восприимчивость ) ферромагнетика зависит от напряженности магнитного поля H (рис. 3).

При намагничивании ферромагнетика магнитная проницаемость сначала резко возрастает с увеличением напряженности магнитного поля, достигает максимального значения (несколько раньше, чем наступает насыщение ферромагнетика) и стремится к единице при .

2. Описание экспериментальной установки

Для исследования намагничивания ферромагнетика используется установка, схема которой приведена на рис. 4. Суть эксперимента заключается в независимом определении напряженности магнитного поля в ферромагнетике с помощью закона полного тока и определении магнитной индукции в ферромагнетике на основе использования зако­на электромагнитной индукции.

Исследуемый образец представляет собой тороид с площадью по­перечного сечения S и радиусом осевой линии R_T. На образец намотана первичная обмотка, создающая магнитное поле в ферромагнетике и содержащая N₁ витков, и вторичная (измерительная) обмотка, содержащая N₂ витков. Напряжение на первичную обмотку подается с выхода низкочастотного генератора Г через резистор R₁.

Напряженность магнитного поля в образце может быть определена из закона полного тока следующим образом:

, (6)

где R_T - радиус осевой линии тороида.

Магнитную индукцию в исследуемом образце удобно определять с помощью ЭДС электромагнитной индукции, возникающей при изменении магнитного потока в измерительной катушке:

, (7)

где Ф = SN₂B - магнитный поток через измерительную обмотку, плотно охватывающую образец.

Подставляя значение магнитного потока в (7), после интегрирования найдем

, (8)

Таким образом, для определения В нужно проинтегрировать сигнал, наведенный в измерительной обмотке изменяющимся магнитным полем.

Для интегрирования сигнала применяется цепочка, состоящая из резистора R₂ и конденсатора С. Цепочка RC выполняет свое назначе­ние, если ξ>>U_C.

При выполнении этого условия сила тока в измерительной обмотке и

. (9)

Из (8) с учетом (9) получим выражение для магнитной индукции:

. (10)

Для наблюдения петель гистерезиса используется электронный осциллограф, на горизонтальные пластины которого подается напряжение с резистора R₁ (пропорциональное напряженности магнитного поля в образце), а на вертикальные - с конденсатора С (пропорциональное магнитной индукции).

3. Данные.

Спецификация измерительных приборов

Название прибора и его тип	Предел измерения	Цена деления	Инструментальная погрешность

Данные установки и результаты измерений:

S=	∆S=
C=	∆C=
N1=
N2=
R1=
R2=	∆R2=

Зависимость магнитной индукции, намагниченности и магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля

№	UR, B	UC, B	I1, A	H, A/м	B, Тл	M, А/м	μ