vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)

Кафедра Общей и технической физики

(лаборатория электромагнетизма)

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНЕТИКА С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА

Методические указания к лабораторной работе № 14 для студентов всех специальностей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

УДК 531/534 (075.83)

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ: Лабораторный практикум курса общей физики. Корольков А.П., Мезенцев А.П., Пщелко Н.С. / Санкт- Петербургский горный институт. С-Пб, 2009, 16 с.

Лабораторный практикум курса общей физики по электричеству и магнетизму предназначен для студентов всех специальностей Санкт-

Петербургского горного института.

С помощью учебного пособия студент имеет возможность, в предварительном плане, ознакомиться с физическими явлениями, методикой выполнения лабораторного исследования и правилами оформления лабораторных работ.

Выполнение лабораторных работ практикума проводится студентом индивидуально по графику.

Табл. 2. Ил. 6. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор доц. Н.С. Пщелко

© Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В. Плеханова, 2009 г.

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Цель работы: Исследование основных характеристик ферромагнетиков: 1. Получение основной кривой намагничивания

образца путем исследования гистерезисной петли на экране осциллографа. 2. Изучение зависимости магнитной проницаемости

от частоты ( f ) .

Теоретические основы лабораторной работы

Использование магнитного поля в промышленности нашло широкое применение. В обогатительном деле при помощи магнитного поля производят сепарацию (магнитные сепараторы), т.е. отделяют полезные ископаемые от пустой породы. А в процессе производства искусственных абразивов ферросилиций, присутствующий в смеси, оседает на дно печи, но небольшие его количества внедряются в абразив и позже удаляются магнитом. Без магнитного поля не смогли бы работать электромашинные генераторы и электродвигатели. Термоядерный синтез, магнитодинамическое генерирование электроэнергии, ускорение заряженных частиц в синхротронах, подъём затонувших судов и др.

– всё это области, где требуются магниты. Природные магниты, как правило, не достаточно эффективны в решении некоторых производственных проблем и используются в основном только в бытовой технике и в измерительной аппаратуре. Основное применение магнитное поле находит в электротехнике, радиотехнике, приборостроении, автоматике и телемеханике. Здесь ферромагнитные материалы идут на изготовление магнитопроводов, реле и др. магнитоэлектрических приборов. Естественные (или природные) магниты встречаются в природе в виде залежей магнитных руд. В горном деле вопросам разработки залежей магнитных руд посвящены отдельные разделы и имеют свою специфику.

Поэтому изучение особенностей ферромагнитных материалов имеет большое научное и прикладное значение.

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Ферромагнетики – это вещества, которые даже в отсутствии магнитного поля могут обладать самопроизвольной намагниченностью.

магнитные моменты различных доменов ориентированы хаотически, так что результирующий магнитный момент всего тела чаще всего равен нулю (но не всегда). Внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты доменов преимущественно по направлению поля, так что ферромагнетик в магнитном поле приобретает магнитный момент (намагничивается).

В связи с таким «доменным» строением ферромагнетики обладают рядом свойств, отличающих их от парамагнетиков и диамагнетиков (рис. 2).

Рассмотрим эти свойства:

1. Магнитная проницаемость ферромагнетиков может

достигать очень больших величин, порядка десятков и сотен тысяч.

Например, для железа значение может составлять несколько

тысяч.

2. Вектор намагничивания J и вектор магнитной индукцииB зависят от напряженности H внешнего магнитного поля.

Вектор J достигает насыщения (когда все домены

сориентируются вдоль внешнего поля).

3. Магнитная проницаемость зависит от Н.

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

H H H

Рис. 2 Зависимости намагниченности, магнитной индукции и магнитной

проницаемости от напряженности намагничивающего поля

поле, то при увеличении Н индукция В магнитного поля будет изменяться по кривой ОА, называемой основной кривой намагничивания. Если же после этого начать уменьшать Н, то индукция В будет уменьшатся не по кривой ОА, а по выше лежащей

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

поле обратного направления с величиной Н = Нк , при этом будет В = 0. Нк называют коэрцитивной силой.

Если провести цикл перемагничивания от +H до –H и

обратно, то получается петля гистерезиса.

Коэрцитивная сила характеризует свойство ферромагнетика сохранять намагниченность и, наряду с магнитной проницаемостью, определяет его применимость для тех или иных практических целей.

Ферромагнетики, обладающие большой коэрцитивной силой, дающие широкую петлю гистерезиса, называются

«магнитотвердыми» материалами. Из них изготавливаются постоянные магниты. Для этих материалов коэрцитивная сила более 4 кА/м.

Ферромагнетики, обладающие малой коэрцитивной силой и дающие узкую петлю гистерезиса, называются «магнитомягкими»

материалами. Для этих материалов коэрцитивная сила менее 800 А/м. Они используются для изготовления сердечников

трансформаторов.

Как видно из рисунка 3, некоторому значению Н0 могут

соответствовать три значения В. Какое из них будет при данном значении Н зависит от предыдущего состояния образца, это и есть гистерезис.

5. Для каждого ферромагнетика существует определенная температура (температура Кюри), выше которой ферромагнетик теряет свои свойства и превращается в обычный парамагнетик. Это объясняется тем, что с увеличением температуры (T > Tк ) движение

частиц ферромагнетика становится столь интенсивным, что области с самопроизвольной намагниченностью, т.е. домены, распадаются. Ниже приведены значения температур Кюри Тк для некоторых материалов:

Fe - Tk = 780oC; Ni - Tk = 350oC; Co - Tk = 1150oC;

Пермаллой - Тк = 550оС.

Нелинейная зависимость магнитной проницаемости от напряженности поля приводит к тому, что и зависимость магнитной

индукции В от напряжённости магнитного поля Н нелинейна:

В (Н) 0 Н ,

6