Намагничивание ферромагнитных материалов

С ростом напряженности поля H магнитная индукция В увеличивается по закону

График В(Н), соответствующий первоначальному намагничива­нию и показанный на рис. 3.3, называется кривой первона­чального намагничивания. Там же даны зависимости от напряженности поля и , из которых складывается магнит­ная индукция в ферромагнитной среде.

Получив состояние магнитного насыщения, уменьшим напря­женность внешнего магнитного поля H. Магнитная индукция уменьшается по кривой 1-2 (рис. 3.4), которая не совпадает с кривой первоначального намагничивания (кривая 0-1). При Н=0 магнитная индукция имеет остаточное значе­ние .

Размагничивание сердечника как бы запаздывает по сравнению с уменьшением напряженности поля. Это явление называют магнитным гистерезисом.

Особенностью ферромагнитных веществ является наличие сильных магнитных связей молекул, вследствие чего в них образуются весьма малые (микро­скопические) области, внутри которых магнитные моменты моле­кул ориентированы в одну сторону. Такие области имеют значи­тельный общий магнитный момент и называются самопроиз­вольно намагниченными.

Рис.3.3

Рис.3.4 Рис.3.5

Магнитный гистерезис

Рис.3.6

Рис.3.7

Изменив направление тока в катушке и, следовательно, направ­ление внешнего поля в сердечнике, увеличим напряженность поля (вектор Н изменил направление). Магнитная индукция уменьшает­ся до нуля (отрезок кривой 2-3), а затем изменяет направление на обратное (см. рис. 3.5).

Величину напряженности поля H, необходимую для уничтоже­ния поля в сердечнике, называют коэрцитивной (задерживающей) силой. В точке 3 внешнее поле скомпенсировало остаточное поле намагниченности сердечника . В дальнейшем результи­рующее поле в сердечнике изменяет направление и усиливается, пока не наступает насыщение (участок 3-4). Аналогично можно по­лучить данные и начертить нижнюю часть графика 4-5-6-1. Полученную замкнутую кривую В(Н) называют петлей магнитного гистерезиса.

Циклическое перемагничивание вещества в области значений В и H, меньших тех, которые соответствуют полному насыщению, тоже образует петлю гистерезиса, полностью заключенную внутри предельной петли.

Ряд таких петель гистерезиса показан на рис. 3.6. Кривую 0-1-2-3-4, проведенную через вершины всех петель гистерезиса, называют основной кривой намагничивания. Она проходит близко к кривой первоначального намагничивания, но не совпадает с ней.

Порядок выполнения работы

1. Определить размещение приборов на столе.

2. Исследуемая схема (рис.3.1) смонтирована в блоке.

3. Определить цену деления приборов.

4. Предъявить собранную схему для проверки преподавателю.

5. Ознакомиться с ходом выполнения работы.

6. Участок OA (начальная кривая намагничивания) рис. 3.8.

Первая точка. Тумблеры S1, S2, S3, S4, S5. отключены:

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом (перекидной ключ S6), 3-5 раз перевести ключ из нижнего положения в верхнее и обратно поставить его в нижнее положение;

б) сбросить на нуль разряды mWB-pa кнопкой «сброс»;

в) переключить перекидной ключ из нижнего положения в верхнее. Записать показания милливеберметра в табл. 3.1, умножив на постоянную x 12*10-2 MWb. (намагничивающий ток в этой точке ~SmA, поэтому прибор покажет либо «0», либо единицы).

Вторая точка. Тумблер S2 включен (положения S1, S3, S4, S5 - отключены):

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом (перекидной

ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль (кнопкой «сброс»);

в) переключить перекидной ключ из нижнего в верхнее положение. Записать показания милливеберметра в табл. 3.1,умножив MWb.

Третья точка. Тумблеры S2, S3 включены, a S1, S4, S5 отключены:

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом (перекидной ключ 3 -5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс»;

в) переключить перекидной ключ из нижнего положения в верхнее. Записать показания милливеберметра в табл. 3.1, умножив на MWb.

Четвертая точка. Тумблеры S2, S3, S4 включены, a S1, S5 отключены:

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль (кнопкой «сброс»);

в) переключить перекидной ключ из нижнего положения в верхнее. Записать показания милливеберметра в табл. 3.1, умножив на

MWb

Пятая точка. Тумблеры S2, S3, S4, S5 включены, S1 отключен:

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом (перекидной ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль, кнопкой «сброс»;

в) переключить перекидной ключ из нижнего положения в верхнее. Записать показания милливеберметра в табл. 3.1, умножив на MWb

Для данного участка расчет магнитной индукции и напряженности магнитного поля производится по формулам:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

где, S=1см2 поперечное сечение проводника

W2 – 70 витков, W1 – 500 витков;

Wb - постоянная милливеберметра; £ -(длина средней линии = 16 см.)

7.Участок АБ (участок размагничивания) рис. 3.9

Первая точка

Тумблеры S1, S2, S3, S4 включены, S5 отключен:

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом

( перекидной ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс»;

в) отключить тумблер S1.Записать показания милливеберметра в табл. 9 умножив mWB

Вторая точка

Тумблеры S1, S2 и S3 включены, S4, S5отключены

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом

(перекидной ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс»;

в) отключить тумблер S1, записать показания милливеберметра в

табл. 3.1 умножив mWB.

Третья точка

Тумблер S1, S2 включены, S3, S4, S5 отключены:

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом

(перекидной ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс»;

в) отключить тумблер S1. Записать показания милливеберметра в

табл. 3.1 умножив mWB.

Четвертая точка

Тумблер S1 включен, S2, S3, S4, S5 отключены:

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом

(перекидной ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении.

б) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс»;

в) отключить тумблер S1. Записать показания милливеберметра, умножив на mWB

Пятая точка. Тумблеры S1, S2, S3, S4, S5 отключены.

а) перекидной ключ установлен в нейтральное положение ( ток в цепи равен нулю);

б) записать в таблицу показания миллиамперметра I=0

в) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом ( перекидной ключ 3+5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении;

г) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс»;

д) установить перекидной ключ в нейтральное положение. Записать показания милливеберметра в табл. 3.1, умножив на mWb Дня данного участка расчет магнитной индукции производится по формуле (1), а напряженность магнитного поля - по формуле № 2:

(3.4)

(3.5)

где, Вm - максимальное значение индукции ( точка А )

Сф= Wb - постоянная милливеберметра

W2 - 70 витков; W1- 500 витков;

S=1 cm2; l= 16 см.

- Показания милливеберметра.

8.Участок БС

Первая точка

Тумблеры S1, S2, S3, S4, S5 отключены:

а) включить тумблер S1. Произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом (перекидной ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении;

в) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс»;

г) отключить тумблер S1.Сбросить показания милливеберметра. Переключить перекидной ключ из нижнего положения в верхнее. Записать показания милливеберметра в табл. 3.1, умножив на mWb

Вторая точка

Тумблер S1, S2 включены, S3, S4, S5 отключены

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом (перекидной ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее)

и оставить его в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс»;

в) отключить тумблер S1 Переключить перекидной ключ из нижнего положения в верхнее. Записать показания милливеберметра в табл. 3.1, умножив mWb.

Третья точка

Тумблеры S1, S2, S3 включены: S4, S5 отключены:

а) Произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом ( перекидной ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее.) и оставить его в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс»;

в) отключить тумблер Si, переключить перекидной ключ из нижнего положения в верхнее;

Записать показания милливеберметра в табл. 3.1, умножив mWb.

Четвертая точка

Тумблеры S1, S2, S3, S4 включены, тумблер S5 отключен:

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом (перекидной ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс» ;

в) отключить тумблер S1. Перекидной ключ перевести из нижнего положения в верхнее. Зависать показания милливеберметра в табл. 9, умножив mWb.

Пятая точка

Тумблеры S1, S2, S3, S4, S5 включены:

а) произвести магнитную подготовку образца перекидным ключом ( перекидной ключ 3-5 раз перевести из нижнего положения в верхнее) и оставить его в нижнем положении;

б) сбросить показания милливеберметра на нуль кнопкой «сброс». Выключить тумблер

S1;

в) переключить перекидной ключ из нижнего положения в верхнее. Записать показания милливеберметра, умножив mWв.

Расчет магнитной индукции для данного участка производится по формулам:

9.Участок СД

Для построения участка (СД) используются данные участка (АБ).

10.Участок ДА

Для построения участка (ДА) используются данные участка (БС).

11. Сделать вывод.

12. Петлю магнитного гистерезиса строить в масштабе на миллиметровой бумаге.

Рис.3.8

Рис.3.9

Таблица 3.1

№ п/п

Участок OA

Участок АБ

Участок БС

I

ψ

В

H

а

I

ψ

В

H

а

I

ψ

В

Н

а

А

мВб

т

А/М

-

А

мВб

т

А/М

-

А

мВб

Т

А/М

-

1.

2.

3.

4.

5.

Контрольные вопросы

1.Объясните физическую сущность явления магнитного гистерезиса.

2. Почему при перемагничивании ферромагнитные материалы нагреваются?

3. Что такое «кривая начального намагничивания»?

4. В чем состоит различие магнитных свойств магнитотвердых и магнитомягких материалов?

5. Назовите области применения магнитотвердых и магнитомягких материалов?

Лабораторная работа № 4

Измерение параметров индуктивно связанных катушек

Цель работы: исследование свойств индуктивно связанных катушек при согласном и встречном включении

Основные понятия

Пояснение к работе

Элементы электрической цепи могут быть связаны между собой общим магнитным полем, и тогда изменение тока в одном из элемен­тов является причиной наведения ЭДС в другом элементе. Такое взаимное влияние элементов цепи называется их ин­дуктивной связью.

Если индуктивными связями пренебречь нельзя, то расчет элек­трической цепи несколько усложняется.