Завдання 1 Одержання кривої намагнічення

Петлю гістерезису неважко одержати на екрані електронно-променевої трубки осцилографа. Петлю гістерезису можна одержати, якщо феромагнетик помістити в магнітне поле, створюване змінним струмом, на горизонтально відхиляючі пластини подати напругу υ_х , пропорційну В₀, а на вертикально відхиляючі пластини - υ_у , пропорційно В.

Досліджуваною речовиною є залізо, з якого виготовлений тороїд Т. Первинна обмотка тороїду живиться через опір змінним струмом І₁. Індукція магнітного поля всередині пустотілого тороїду

В₀ = µ₀n₁І₁ (1)

де n₁ - кількість витків на 1 см. Тоді напруга на горизонтально відхиляючих пластинах

(2)

тобто пропорційна В₀.

У вторинній обмотці тороїду джерелом струму є ЕРС індукції, якa дорівнює:

(3)

де Ф - потік вектора магнітної індукції через поверхню, яку охоплюють всі витки котушки. Якщо S- площа, яку охоплює один виток, а n₂ - число витків, то Ф = ВSn₂,

(4)

Запишемо закон Ома для вторинного кола, нехтуючи самоіндукцією вторинної обмотки, де

(5)

(6)

тут υ_c - напруга на конденсаторі, q – заряд конденсатора.

Якщо R₂ великий (R₂ ~10⁵Ом), то першим членом справа в формулі (5) можна знехтувати

(7)

(8)

Підставляючи значення І в вираз (6), одержимо, що напруга, яку подають на вертикально відхиляючі пластини осцилографа, має вигляд

(9)

тобто пропорційна В.

В результаті на одні пластини подасться напруга пропорційна В₀, а на другі - В, на екрані одержуємо петлю гістерезису В = f(В₀).

За один період синусоїдальної зміни слід електронного променя на екрані опише помну петлю гістерезису, а за кожний слідуючий період повторить її в точності. Тому на екрані можна спостерігати нерухому петлю гістерезису. Збільшуючи потенціометром напругу υ_х, ми будемо збільшувати амплітуду коливань В₀ і одержувати на екрані послідовно ряд різних по площині петель гістерезису. Верхня точка петлі гістерезису знаходиться на кривій намагнічування. Тому для побудови кривої необхідно зняти з осцилограм координати n_х, n_у вершин петель гістерезису .

Для побудови кривої намагнічування обчислюють значення В і В₀ із формул (2) та (9) переписаних у вигляді

Величини υ_x та υ_у можна визначити, знаючи вершини напруг U_х та U_у, які спричиняють відхилення електронного променя на одну поділку в напрямі осей X та Y при даному підсиленні. Тоді

υ_x = n_xU_x

υ_y = n_yU_y

де n_х , n_y - координати вершин петель гестерезису.

Підставляючи останній вираз в значення для В і В₀, одержимо

(10)

(11)

(12)

(13)

Хід роботи

1. Скласти схему (мал.2).

1. Ввімкнути осцилограф і вивести електронний промінь в центр координатної сітки.

1. Підключити схему до осцилографа і звукового генератора.

2. За допомогою ручки "підсилення по вертикалі", "підсилення по горизонталі", і генератора "рег. виходу ", добиваються того, щоб петля гістерезису мала ділянку насичення займала більшу частину екрану.

3. Визначити координати вершини петлі (мал.1).

4. Зменшуючи прикладену напругу за допомогою "рег. виходу" одержують на екрані осцилографа сімейство петель гістерезису. Знімають для кожної з них координати вершин. Вимірювання повторюють до тих пір, поки петля не стягнеться в точку.

5. Обчислити значення К_х та К_у по формулам (12) і (13). Щоб визначити U_х та U_у. треба взяти вольтметр і визначити напругу, яка подається на осцилограф до клем "X" і "Y".

6. Обчислити значення В і В₀ для координат вершин всіх одержаних петель гістерезису.

7. По одержаним даним побудувати графік залежності В = f(B₀).