Практикум на тему электричества (1115549), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Введение Магнитная индукция поля В в ферромагнетике ~железо, кобальт, никель, специальные сплавы), помещенном в магнитное поле, нелинейно зависит от его напряженности Й ~рис. 1). Причем, величина В в ферромагнитном веществе зависит не только от этого поля, но и от предыдущего магнитного состояния образца. В 1 Если образец предварительно был размагничен, то при его намагничивании зависимость В от Н изображается кривой 0 — 1 и называется основной 2 кривой намагничивания.
При уменьшении напря- женности поля Н (см. кривую 1 — 2) изменение маг- -Н нитной индукции В в ферромагнетике будет отставать от изменения Н ~магнитный гистерезис). 'Эта особенность ферромагнетиков связана с наличием в них областей спонтанной ~самопроизРис. 1. Зависимость маг- вольной) намагниченности, называемых доменами. нитной индукции В от В размагниче ином состоянии ферромагнетика магнапряженности й нитные моменты различных доменов ориентированы так, что результирующий вектор намагниченности образца равен нулю. Одна из возможных доменных структур такого состояния приведена на рис. 2, где стрелками показаны направления на- | магниченности доменов. | | При помещении ферромагнетика во внешнее магнитное поле границы доменов смещаются так, что сначала растут домены, магнитные моменты Рис.
2. Домены которых составляют с вектором Й острый угол, т.е. домены, имеющие наиболее выгодное энергетическое состояние. На следующей стадии с ростом Й происходит поворот магнитных моментов всех доменов в направлении поля. бЗ При этом намагниченность образца 7 (магнитный момент единицы объема) достигает насьпцения (рис. 3), а индукция поля В продолжает незначительно возрастать за счет увеличения напряженности Н внешнего магнитного поля; В = МН+Ю= М1+Х)Н = т „Н, (1) где,и~ = 4к 10 Гн~м — магнитная постоянная; т — магнитная восприимчивость.
— 7 Доменная структура ферромагнетиков является также причиной того, что величина относительной магнитной проницаемости р, может меняться в широких пределах (от 1 до 10~) и сложным образом зависит от напряженности внешнего магнитного поля (рис. 4). При нагревании ферромагнетика выше температуры Кюри тепловое движение разрушает его доменную структуру и вместе с этим исчезают все особенности ферромагнитного состояния: вещество переходит в парамагнитное состояние. й~ Рис. 3 Рис. 4 Метод измерений Впервые полное экспериментальное исследование зависимости В(Л) проведено в 1871 — 1872 г. профессором Московского университета А.Г. Столетовым. Он показал также, что напряженность поля внутри ферромагнетика сильно зависит от формы образца и только в случае тороидального образца, намагничиваемого кольцевой обмоткой, она совпадает с напряженностью внешнего магнитного поля.
В данной работе для получения основной кривой намагничивания В(Б) используют метод, предложенный А.Г. Столетовым. Он заключается в следующем. На кольце из ферромагнитного материала расположены две обмотки (рис. 5): первичная «намагничивающая) содержит М~ витков, а вторичная (с числом витков МД предназначена для измерения величины магнитной индукции В. Напряженность магнитного поля, которое создается в кольцевом сердечнике при протекании по первичной обмотке тока 1ь можно рассчитать по формуле Н = 1,— '= К,1„ Ф, (2) где К~ = М~Л; 1 — длина средней осевой линии сердечника. Это поле намагничивает кольцо.
Магнитный поток в сечении кольца площадью Б Ф =ВК При его изменении во вторичной обмотке возниУг кает ЭДС индукции; ь; = — М~ ЫФ/й, Рис. 5 где аФ~Ж вЂ” скорость изменения магнитного потока. Изменение магнитного потока достигается из- менением направления тока 1ь При этом значение напряженности поля Н оста- ется прежним, а изменяется лишь направление линий поля. В результате поток магнитной индукции изменяется от значения +Ф до — Ф, а приращение потока АФ = — 2Ф = — 2ВК (3) Бели цепь вторичной обмотки замкнута, то в ней потечет ток М, ЫФ 2 г Я Й где А — сопротивление цепи вторичной обмотки. При протекании индукционного тока 6~ в этой цепи переносится заряд Д, величину которого можно рассчитать, используя формулы (3), (4): 2 2 2 Д )'~" ф ~' 2 -~ 2,~Ф 2 2 ДЯ яж~ л л Выражая из этого равенства индукцию магнигного поля, получаем В= (5) 2Л~,Я где В, Ф~ и Я вЂ” величины, постоянные для данной установки.
Заряд Д измеряют интегратором тока, подключенным ко вторичной об- мотке. При этом величина заряда, прошедшего через интегратор, пропорцио- нальна показанию вольтметра л: (4) где К,= 2 Опис ание у станов к и Электрическая схема установки показана на рис. б„монтажная — на рис. 7. Д= ~'л, (б) где у — постоянная интегратора; и — отсчет по мультиметру. Величина постоянной ~ характеризует чувствительность интегратора и равна заряду ©'и), который вызывает единичное показание мультиметра.
Используя выражения (5) и (б), можно записать расчетную формулу для индукции магнитного поля в исследуемом кольцевом сердечнике; В= =Кп, (7) 1,1~„Г Я 2 б Рис. б. Электрическая схема: 1 — источник постоянного регулируемого напряжения «О...+15 В»; 2 — мультиметр ~релсим А;.. 200 тА, входы 0 СОЛХ тА); 3 — блок «Сопро- тивление», В« = 100 Ом; 4— переключатель направления тока в первичной обмотке; 5 — тороид с первичной Ю1 и вторичной Мз обмотками; б — блок «Ферромагнетик»; 7 — демпфирующий ключ„ 8 — интегратор тока; 9 — блок «Интегратор тока»„10 — мультиметр (режим Г.—.. 2 Г, входы СОМ П~ Рис.
7. Монтажная схема: 2, 3, б, 9, 10 — см. рис. б Первичная М1 и вторичная Мз обмотки намотаны на кольцевой сердечник, который изготовлен из исследуемого ферромагнитного материала. Первичную обмотку используют для намагничивания магнетика и по ее параметрам определяют напряженность Б намагничивающего поля. Переключатель 4 служит для изменения направления тока в первичной обмотке с целью перемагничивания сердечника.
Резистор В~ ограничивает ток в обмотке. Вторичная обмотка Мз предназначена для определения индукции магнитного поля В в сердечнике. Интегратор тока 8 в цепи вторичной обмотки служит для измерения заряда Д„фиксируемого мультиметром 10, пропорционального измеряемой величине В. Так как сердечник изготовлен из магнитомягкого ферромагнетика с малой величиной остаточной индукции В, то для снятия основной кривой намагничи- вания нет необходимости проводить предварительное размагничивание сердечника. П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы Выполнение измерений 1. Внесите в таблицу параметры установки и исследуемого образца: Л~ и Л~ — число витков первичной и вторичной обыоток; 1 — длина средней осевой линии сердечника; Я вЂ” площадь поперечного сечения сердечника; Я вЂ” сопротивление цепи вторичной обмотки; у в постоянная интегратора.
2. Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, приведенной на рис.7. 3. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжений и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка» (поз. 19, сы. рис. 1 на стр. 6). Демпфирующий ключ 7 интегратора тока установить в положение «Сброс». Переключатель 4 установите в нилснее положение. 4. Кнопками установки напряжения «О. 15 В» (поз.14, рис 1, стр.
6) установи- те в первичной обмотке 1, ю 6,0 мА. 5. Разоыкните демпфирующий ключ 7. Переключатель 4 переведите в верхнее положение, заметьте при этом максимальное показание ~У, мультиметра 10 и запишите его в таблицу. Переведите ключ 7 в положение «Сброс». б.
Разомкните демпфирующий ключ 7. Переключатель 4 переведите в нижнее положение, заметьте при этом максимальное показание ~У, ыультиметра 10 и запишите его в таблицу. Переведите ключ 7 в положение «Сброс». Таблица 7. Устанавливая последовательно значения тока с шагом =0,2 мА до 14 мА, а затем с шагом =10 мА до 100 мА, измерьте по пп. 5,6 для каждого тока 1, максиыальные показания У мультиметра 10. Результаты измерений С',, С', и ток 1, записывайте в таблицу. 8. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
