Лабораторные работы №1,2,6,7,8 / л8
.docСанкт-Петербургский государственный электротехнический
Университет «ЛЭТИ»
Отчёт по лабораторной работе по МиЭЭТ №8
«Исследование свойств металлических ферромагнитных материалов»
Выполнил: Фёдоров Д.С.
гр.: 2211
Основные понятия и определения.
К ферромагнитным относят материалы с большой положительной магнитной восприимчивостью, которая сильно зависит от напряжённости магнитного поля и температуры. Особые свойства ферромагнетиков обусловлены наличием у них в определённом интервале температур спонтанной намагниченности и доменной структуры. В отсутствии внешнего магнитного поля состояние, при котором вектор спонтанной намагниченности имел бы во всём образце одно направление, энергетически не выгодно, т.к. оно привело бы к большому рассеянию магнитного потока в окружающее пространство, поэтому образец самопроизвольно разбивается на отдельные области (домены), имеющие размеры порядка единиц микрометров. Внутри каждого домена вектор намагниченности имеет одинаковое направление, а суммарный магнитный поток замкнут внутри образца. При воздействии внешнего магнитного поля происходит перестройка доменной структуры, что приводит к намагничиванию образца.
Важнейшим свойством ферромагнетиков является нелинейная зависимость магнитной индукции В от напряжённости магнитного поля Н – кривая намагничивания. Начальный участок монотонно возрастает (преобладают процессы обратимого смещения доменных границ – происходит увеличение доменов, магнитные моменты которых образуют наименьший угол с направлением внешнего поля). На следующем участке кривая имеет наибольшую крутизну (смещение доменных границ необратимо). Далее рост магнитной индукции замедляется (магнитные моменты доменов поворачиваются в направлении поля). Далее участок насыщения (все домены ориентированны по полю).
Статическую магнитную проницаемость μ определяют по формуле: , где μ0 = 4π · 10-7 Гн/м – магнитная постоянная. При увеличении напряжённости поля магнитная проницаемость сначала растёт, а потом уменьшается из-за насыщения магнитной индукции.
Если после намагничивания образца убрать внешнее поле, то останется остаточная индукция Вr. Чтобы убрать остаточную индукцию нужно приложить обратное поле – коэрцитивную силу Нс. Вr и Нс характеризуют статическую предельную петлю гистерезиса, а статическая ПГ характеризует потери энергии на гистерезис Эг. Площадь динамической ПГ больше статической на величину, характеризующую потери энергии на вихревые токи Эвт.
Мощности потерь на гистерезис и на вихревые токи:
; ,
где η – коэффициент, зависящий от свойства материала; Вm – максимальная индукция, достигаемая в данном цикле; n – показатель степени от 1,6 до 2 для различных материалов; ξ – коэффициент, зависящий от удельной проводимости ферромагнетика и формы образца; f – частота изменения магнитного поля.
Описание установки.
Испытуемый образец изготовлен в виде тороидального сердечника, на который нанесены две обмотки – первичная с числом витков W1 и вторичная с числом витков W2.
Обработка результатов
1. Определяем масштабы горизонтальной и вертикальной осей осциллографа:
; ,
где RT = 10 Ом; rср = 0,021 м; W1 = 100; W2 = 1330; CИ = 10-6 Ф; RИ = 300 кОм; S = 10-4 м2; X0 и Y0 – координаты вершин ПГ при градуировке осей осциллографа.
2. Вычисление напряжённости поля и магнитной индукции:
, при ;
, при .
3. Зависимости Bm(Hm) и μ(Hm):
4. Определение энергии, поглощаемой в единице массы ферромагнетика за один цикл перемагничивания:
, где ρ = 8600 кг/м3, где SП, мм2 – площадь ПГ, a = 1/150.
5. Зависимость потерь энергии в образце от индукции:
Коэффициент наклона - 1,54 соответственно n=1,54.
7. Зависимость потерь энергии в образце от частоты:
Эг = 0,008 Дж/кг
Эвт = Э - Эг
Рг = Эг · f ; Рвт =Эвт · f.
8. Расчёт напряжения на катушке индуктивности:
.
Расчёт индуктивности:
, где .
Расчёт эффективной магнитной проницаемости:
9. Частотная зависимость эффективной магнитной проницаемости: