Питання для самостійного контролю.

1. Які параметри характеризують магнітне поле в вакуумі та в речовині?

2. Як напрямлені силові лінії поля прямого та колового струму?

3. В чому полягає причина виникнення ЕРС індукції?

4. В чому полягає природа діа-, пара- та феромагнетизму?

5. Показати, що площа петлі гістерезису характеризує втрати енергії на перемагнічування феромагнетиків.

Лабораторна робота № 4.1 „Дослідження залежності магнітної проникності феромагнетика від напруженості зовнішнього поля”.

Мета роботи : вивчення явища самоіндукції, експериментальне визначення індуктивності котушки, дослідження залежності магнітної проникності феромагнетика від напруженості зовнішнього поля.

Явище самоіндукції, що розглядується в даній роботі, є частинним випадком явища електромагнітної індукції. Постійний електричний струм, що протікає в контурі, утворює постійне магнітне поле, магнітний потік якого пронизує контур. Зміна струму в контурі

(наприклад, при замиканні чи розмиканні кола, при протіканні змінного струму) призводить до зміни магнітного поля і, отже, магнітного потоку, який пронизує контур, що і є причиною виникнення електрорушійної сили (ЕРС) в контурі - ЕРС самоіндукції. Розглянемо процес виникнення ЕРС самоіндукції в котушці індуктивності (соленоїді) при протіканні в ній змінного струму більш детально. Нехай котушка довжиною  має N витків, які намотали на феромагнітне осердя з магнітною проникністю . Тоді струм в котушці силою I утворює всередині осердя магнітне поле з індукцією

, (4.18)

де H – напруженість магнітного поля. При зміні струму в котушці площею поперечного перерізу S змінюється індукція поля і, отже, змінюється магнітний потік, який пронизує котушку

. (4.19)

Відповідно з законом електромагнітної індукції в котушці виникне ЕРС, величина якої пропорційна зміні магнітного потоку

, (4.20)

де введена нова величина – індуктивність L.

Таким чином, ЕРС самоіндукції пропорційна швидкості зміни струму, який протікає в контурі, а коефіцієнтом пропорційності є індуктивність контуру. Як видно, індуктивність соленоїда визначається геометричними параметрами котушки та магнітною проникністю її осердя

. (4.21)

Оскільки для феромагнетика магнітна проникність нелінійно змінюється при зміні напруженості магнітного поля в котушці, індуктивність соленоїда також нелінійно залежить від напруженості зовнішнього поля. Напруженість магнітного поля при протіканні змінного струму (І - миттєве значення сили струму, І₀ –амплітудне значення,  - циклічна частота струму) змінюється за законом

. (4.22)

Таким чином, досліджуючи вплив сили струму в колі змінного струму на індуктивність котушки, можна вивчати вплив напруженості зовнішнього магнітного поля на магнітну проникність феромагнетика.

Експериментально визначити індуктивність котушки можна виходячи з закону Ома для змінного струму. Будемо вимірювати силу струму та напругу в котушці (схема підключення приладів приведена на рис.4.4), тоді за законом Ома може бути розрахований повний опір , який при змінному струмі залежить від індуктивності котушки L

, (4.23)

де R – активний опір провідника, з якого намотаний соленоїд,  = 2 - циклічна частота змінного струму,  - лінійна частота (для нашого випадку  дорівнює 50 Гц). З виразу (4.23) для обчислення індуктивності можна одержати

. (4.24)

Амплітудне значення напруженості магнітного поля H₀ розраховується за показами амперметра I, яке дає діюче значення, пов’язане з амплітудним значенням I₀ співвідношенням I₀ = I . Тому для амплітудного значення напруженості одержимо

. (4.25)