Выполнение работы

1. Собрать схему в соответствии с рис.5. Потенциометры R₁ и R₂ должны быть поставлены в нулевое положение, коммутаторы К₁ и К₂ - в нейтральное, ключ К₃ - в выключенном положении.

2 . Размагнитить полностью образец. Для этого его вставляют в катушку прибора (Пр) для измерения магнитной индукции в относительных единицах, коммутатор К₁ ставят в положение ~220 В и подключают схему к источнику переменного напряжения 220 В. После этого несколько раз увеличивают и уменьшают потенциометром R₁ переменное напряжение на обмотке электромагнита. Исследуемый образец ферромагнетика можно считать размагниченным, если в отсутствии тока в обмотке при замыкании ключа К₃ стрелка прибора не отклоняется.

3.Снять кривую намагничивания. Для этого подключают схему коммутатором К₁ к источнику переменного напряжения (36 В), замыкают ключ К₃ и, меняя с помощью потенциометра R₂ ток в катушке через 0,02 А, отмечают соответствующие показания N измерительного прибора и составляют таблицу значений .

4. Не выключая установки после выполнения п.3, уменьшают с помощью потенциометра R₂ через 0,2 А ток до нуля. Затем, изменяя с помощью коммутатора К₂ направление тока, увеличивают его до возможных пределов и снова уменьшают до нуля. Переключив коммутатор К₂, снова увеличивают ток - полный цикл изменения тока завершен. Изменение тока сопровождают записью соответствующих пар значений J и N и составляют таблицу значений помня, что при переключении коммутатора К₂ ток изменяет направление. Необходимо учитывать знаки показаний прибора.

5. Измерения повторяют с другим ферромагнитным материалом.

6. По результатам измерений строятся графики , что аналогично .

Контрольные вопросы

1. Как классифицируются магнетики?

2. Что такое магнитная проницаемость вещества?

3. Объясните ход основной кривой намагничивания ферромагнетика.

4. В чем заключается явление магнитного гистерезиса?

5. Что такое остаточная индукция и коэрцитивное поле?

II. Изучение ферромагнетиков в динамическом режиме

Рис. 7

Приборы и принадлежности: тороидальный трансформатор, понижающий трансформатор напряжения, реостат, осциллограф с координатной сеткой, ламповый вольтметр.

Описание схемы и методики измерений

Для исследования характеристик ферромагнетиков одним из наиболее удобных и быстрых является метод снятия петли магнитного гистерезиса с помощью электронного осциллографа. На рис.7 приведена схема этого метода.

И сследуемый ферромагнитный образец используется в качестве сердечника тороидального трансформатора. Через первичную обмотку трансформатора L₁ проходит переменный ток J₁, создающий магнитное поле Н, которое для этого соленоида определяется по формуле:

(11)

где w₁ –число витков в первичной обмотке, ℓ - средняя длина магнитопровода или средняя длина окружности сердечника, которая равна (см. рис.8)

(12)

Здесь d₁ – внутренний, d₂ – внешний диаметра тороидального сердечника.

На вход горизонтальной развертки осциллографа Х подается напряжение U_х, снимаемое с сопротивления R₁. Очевидно, что

(13)

Так как напряжение U_х пропорционально Н, то положение луча на экране осциллографа вдоль горизонтальной оси будет определяться величиной напряженности Н магнитного поля.

В результате изменения тока в первичной обмотке трансформатора в его сердечнике возникает переменный магнитный поток Ф, который пронизывает витки вторичной обмотки L₂ и индуцирует в ней э.д.с. индукции (14)

где Ф=ВSw₂, w₂ – число витков во вторичной обмотке, S- площадь поперечного сечения сердечника трансформатора.

По второму правилу Кирхгофа для цепи вторичной обмотки имеем:

(15)

где U_с – падение напряжения на конденсаторе С, а - падение напряжения на сопротивлении R₂.

Так как U_c=J₂R_c, а емкостное сопротивление , где ω – циклическая частота переменного тока, то (16)

При условии первым членом в скобках можно пренебречь и тогда Откуда (17)

На вход У вертикального отклонения луча осциллографа подается напряжение U_y=-U_c, снимаемое с конденсатора емкостью С. Тогда

(18)

г де q – заряд на обкладке этого конденсатора. Следовательно,

(19)

Таким образом, из формул (13) и (19) следует, что положение луча на экране осциллографа вдоль горизонтальной оси Х определяется величиной напряженности магнитного поля Н, а вдоль вертикальной оси У – величиной магнитной индукции В, т.е. осциллограмма отражает зависимость B=f(H).

Чтобы получить количественную зависимость B=f(H), необходимо прокалибровать оси экрана осциллографа в единицах Н и В. Пусть одна из вершин (точка А) осциллограммы петли гистерезиса характеризуется значениями N_x и N_y, а соответствующие этой вершине координаты, выраженные в делениях координатной сетки, имеют значения U_x и U_y (рис.9). Положение луча в вершине петли гистерезиса определяется амплитудными значениями напряжения U_x и U_y, в то время как вольтметром измеряются эффективные значения напряжений U_xэфф и U_yэфф. Тогда, согласно формулам (13) и (19), число делений n_х, соответствующее единице напряженности Н, равно , (20)

а число делений n_у, соответствующее единице индукции В,

(21)

Для определения основной кривой намагничивания снимают семейство петель гистерезиса при различных токах через образец. Ток регулируется реостатом R. Кривую намагничивания строят, проводя плавную кривую через вершины петель гистерезиса (А₁, А₂,…).