Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

КАФЕДРА ФИЗИКИ ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ N11 по дисциплине "Ф И З И К А" «Исследование гистерезиса ферромагнетиков» Преподаватель: студент гр. 0341 Юбрин А.Н. Санкт-Петербург 2001

Протокол Наблюдений

Выполнил: Юбрин А.Н.

Дата: 14.04.2001

Проверил:

Ym,s, дел	Xm,s,дел

Y_k= => [B/Y]=

Y_X= => [H/X]=

№	1	2	3	4	5	6	7
Hm
Xm
Ym

Необходимые приборы и принадлежности:

Тероидальный трансформатор, измерительная цель по рис. 1 с осциллографом.

Цель работы: изучение (по осциллограмме) динамической петли магнитного гистерезиса, снятие кривой намагничивания и определение основных характеристик ферромагнетика – остаточной индукции, коэрцитивной силы, предельного значения магнитной проницаемости, потерь энергии при перемагничивании.

Зависимость магнитной индукции B в ферромагнетике от напряженности Н периодически изменяющегося со временем внешнего магнитного поля отображается замкнутой кривой (рис.2) Эта кривая называется динамической петлей магнитного гистерезиса.

Форма и площадь петли зависят от быстроты изменения H – чем выше частота намагничивающего поля, тем больше потеря энергии на вихревые токи и сильнее отставание намагниченности и индукции B от их статического значения при данном H (магнитная вязкость).

В работе изучается гистерезис трансформаторной стали при намагничивании в магнитном поле частотой 50 Гц. Анализом полученной кривой определяют перечисленные выше характеристики ферромагнетика.

Методика эксперимента.

Схема экспериментальной установки показана на рис. 1.

На кольцевом сердечнике, набранном из тонких слоев трансформаторной стали (лента) и имеющем длину средней линии l, размещены две катушки – возбуждающая и индикаторная с числом витков N₁ и N₂ соответственно (площадь витка S).

Петля гистерезиса наблюдается в положении 3 переключателя ПК1. На X-вход осциллографа подают напряжение , пропорциональное току I₁ и напряженности внутри возбуждающей катушки (тороида) с током I_1.

(1)

В индикаторной катушке возникает ЭДС индукции которая вызывает в катушке ток

(здесь пренебрегается индуктивным сопротивлением катушки и емкостным сопротивлением конденсатора С, малыми по сравнению с сопротивлением R₃)

Этот ток создает на конденсаторе С напряжение

(2)

которое подается на Y-вход осциллографа ().

Таким образом, в положении 3 переключателя ПК1 на X-входе осциллографа действует напряжение, пропорциональное напряженности H, - формула (1), а на Y- входе – напряжение, пропорционально индукции В, формула (2).

При этом на экране осциллографа возникает кривая, воспроизводящая в некотором масштабе петлю гистерезиса.

Чтобы по этой петле определить характеристики ферромагнетика, необходимо знать цену деления на осях X и Y экрана, выраженную, соответственно, в единицах напряженности H и индукции B.

Подавая на Y- вход известное (контрольное) напряжение и измеряя отклонение луча определяют для оси Y цену деления (В/дел.). Цена деления в единицах индукции (Тл/дел.) в соответствии со связью (2) будет

(3)

В качестве известного напряжения используют контрольный сигнал осциллографа. Измерение выполняют при положении 4 переключателя ПК1. При необходимости входные напряжения можно уменьшить в известное число раз с помощью градуированного аттенюатора, имеющегося в осциллографе.

Цену деления по оси X получают, измерив отклонение X при некотором произвольном напряжении , а затем – отклонение луча по оси Y при том же , переключив его с X-входа на заранее откалиброванный Y – вход осциллографа (положенние 1 переключателя ПК1):

Чтобы перевести цену деления в единицы напряженности (А/м), нужно выразить U_x через H с помощью формулы (1), тогда

(4)

(постоянные величины, входящие в формулы (3), (4), указаны на панели измерительной установки).

Теперь, зная, скольким единицам H и В соответствует одно деление на осях X и Y, можно по изображению петли на экране вычислить ее параметры - .

Предельная магнитная проницаемость определяется отношением

(5)

Потери энергии в единице объема магнетика за цикл перемагничивания равны полной площади петли гистерезиса (в единицах BH), ее можно определить с помощью планиметра или прямым подсчетом миллиметровых клеток или же взвешиванием бумаги, вырезанной по контору петли.

Рис №1. Схема установки

Рис №2. Зависимость магнитной индукции в Ферромагнетике от напряженности магнитного поля.

Расчет лабораторной работы

№	1	2	3	4	5	6	7
Xm	33	25	18	13	10	6	0
Ym	30	25	20	15	10	5	0
Hm,A/м	27,78061	21,04592	15,15306	10,94388	8,4183673	5,05102	0
Bm,Тл	341,8803	284,9003	227,9202	170,9402	113,96011	56,98006	0

0,841837

11,39601

B_r=7дел=7*11,39601= 79,77207 Тл

H_c=4дел=4*0,841837= 3,367348 А/м

7634330,678906 Гн/м

Площадь петли, S=

В ывод: Данная работа позволяет исследовать свойства ферромагнетика с помощью петли гистерезиса. В точке В сердечник достигает насыщения (практически все домены выстроены по полю). Соответственно процесс образования петли гистерезиса можно получить, если постепенно увеличивать силу тока I. Индукция внешнего поля будет нарастать пропорционально силе тока, полная индукция будет возрастать по кривой АВ. Если уменьшить индукцию внешнего поля, уменьшая силу тока до нуля, домены не полностью разупорядочатся, и сердечник сохранит постоянный магнетизм – СА – это значение B_r, которое мы определили из изображения петли магнитного Гистерезиса. Если изменить направление тока в обмотке, то все домены будут переориентированы, так что B=0, а отрезок DA соответствует коэрцитивной сила H_c, при этом остаточная намагниченность обращается в ноль. Значение магнитной проницаемости  для ферромагнетиков много больше ₀. А подобном цикле большое количество энергии переходит в тепло, из-за трения при переориентации доменов.