Практикум на тему электричества (1115549), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Измерьте положительную и отрицательную координаты точек петли, которые соответствуют величинам коэрцитивной силы Н„остаточной индукции В напряженности насыщения Н, и индукции насыщения В, (см. рис. 1). Результаты этих измерений запишите в табл. 2. Таблица 2 Получение основной кривой намагничивания 9. Размагнитьте образец. Для этого постепенно уменьшая ток 1 в первичной обмотке с помощью кнопок установки уровня выхода «О вЂ” 15 В» (поз. 10, см. рис.
1 на стр. 6) генератора сигналов специальной формы доведите его до нуля. При этом площадь петли гистерезиса сократится до размеров точки; установите ее в центре экрана. 10.Увеличивая ток в первичной обмотке (с шагом = 2мА, а при токах больше 10 мА с шагом = 5 мА) получите на экране осциллографа ряд частных циклов. Последний цикл должен соответствовать насыщению ферромагнетика.
Для каждого значения тока измеряйте координаты вершины петли к и у . Результаты измерений запишите в табл.З. Таблица 3 11.Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. 80 Обработки результатов измерений 1.
По данным табл. 1 вычислите коэффициенты и и т с помощью формул (4) и (10): п= ' = ...А/(м мм), ,ГгТ Л, 1 х, и= ' .К = ...мТл(мм. у П, л,лг, Результаты расчетов запишите в табл. 1. 2. По данным табл. 2 рассчитайте параметры петли гистерезиса Н„В Н., В„ исследуемого магнетика, используя формулы (3) и (9): Н вЂ” их —...А~а, В = ту=...мТл Результаты расчетов запишите в табл. 2. 3. По осциллограмме петли гистерезиса оцените ее площадь Б в мм~ (по числу клеток миллиметровой бумаги, попавших внутрь петли). Определите по формуле (11) удельную энергию и перемагничивания ферро магнетик а: м = т л Б = ...Дж!м~.
Оцените энергию, затраченную на перемагничивание образца обьемом 1' за один цикл как: И' — ч~ к' — ч~Б —... Длс. Результаты запишите в табл.2. 4. По данным табл. 3 для каждой пары значений х и у рассчитайте величины Н и В по формулам (3) и (9) и вычислите магнитную проницаемость и„. Из выражения: В =,и0и,Н.
В Н .ио где величина р~ = 4п10 7 Гн/м. Результаты расчетов запишите в табл. 3. 5. По данным табл. 3 постройте основную кривую намагничивания В = ~(Н) и график зависимости и„= 7 (Н) . б. В выводе по работе отразите особенности формы опытных кривых: 7. сопоставьте ход основной кривой намагничивания с положением макси- мума на графике и„= ЯН); б) сравните полученные кривые с известными теоретическими и экспериментальными зависимостями Сделайте заключение о материале сердечника: магнитомягкий или магнитожесткий, — сравнивая найденное значение В„с В,.
1. 3. 4. 5. б. 7. 8. 9. К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы Покажите на графике основную кривую намагничивания В = ~(Н) и зависимость и„= у"(Я) для ферромагнетиков: а) при Т < Т,; б) при Т > Т, (Т, — температура Кюри). В чем отличие основной кривой намагничивания от петли гистерезиса? Назовите характерные свойства ферромагнетиков и особенности их намагничиванияя. Опишите изменения доменной структуры ферромагнетика в процессе его намагничивания (по мере роста напряженности поля Л). От каких величин зависит: а) напряженность Н магнитного поля тороида; б) магнитная индукция В тороида с ферромагнитным сердечником; в) магнитная проницаемость и, материала сердечника тороида? Какие формулы (из приведенных в работе) показывают зависимость величин В и Н от других величин? Какие измеряемые величины и какие формулы используют для определения следующих величин: а)напряженности Б магнитного поля в сердечнике; б) магнитной индукции В; в) магнитной проницаемости и„материала сердечника? Укажите способ включения и назначение следующих элементов: а) сопротивления Л~ в цепи первичной обмотки; б) интегратора тока в цепи вторичной обмотки.
Для чего используют значение тока в первичной обмотке, измеренное амперметром? 10.Назовите величины, пропорционально которым изменяются значения напряжений ~1, и С' (на входах Х и Г осциллографа). 11.Найдите характерные точки петли гистерезиса, координаты которых используют: а) для определения параметров ферромагнетика Б„В„, Б, и В,; б) для построения основной кривой намагничивания В = 7 (Н)? 12.По каким формулам в работе определяют следующие величины а) остаточной индукции В„; б) коэрцитивной силы Н,; в) магнитной проницаемости сердечника р„? Литература Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. — М.: Высшая школа, 1989.— я 24.3, 24.5. Калашников С.Г. Электричество.
— М.: Наука, 1977. — Я 109 — 1 11, 119. 1 где Н,(0) « — В,(0), а индекс «з» означает, что величины относятся к состояЛо нию насыщения ферромагнетика. Так как напряженность Н внешнего магнитного поля не зависит от температуры, то величина Н,(0) = Н,(Т). Индукцию насыщения В,(0) можно найти экстраполяцией кривой В,(Т) в область абсолютного нуля температуры. Метод определения величин индукции В и напряженности Н магнитного поля с помощью петли гистерезиса описан в работе № 10.
Там получены следующие расчетные формулы. Напряженность поля Н в вершине петли гистерезиса ~Г21Х, (4) где 1 — действующее значение тока, измеряемое амперметром; Л'~ — число витков первичной (намагничивающей) обмотки тороида; 1 — длина средней осевой линии тороида. Величина магнитной индукции насыщения В, пропорциональна коорди- нате у вершины петли гистерезиса: В, =ту, (5) где т — коэффициент, зависящий от параметров установки, Ф2 (6) 2 дел где 1 — гРадУиРовочнаЯ постоЯннаЯ интегРатоРа; Яз — сопРотивление цепи вторичной обмотки тороида, К вЂ” цена деления оси Г (зависит от положения ручки «Усиление» осциллографа); Л~ — число витков вторичной обмотки; Б — площадь поперечного сечения сердечника; 1, — длина большого деления оси 1' осциллографа.
Для построения зависимости индукции насыщения В, от температуры магнетика Т измеряют координату В, вершины петли гистерезиса при нагревании образца. По мере роста температуры ордината В, петли уменьшается, а напряженность поля Н остается постоянной. При этом петля гистерезиса уменьшается и по достижении температуры Кюри вырождается в прямую линию. В эксперименте получают зависимость В, = ~(Т), вид которой показан на рис. 1. Участок кривой (1 — Ж) проводят по опытным точкам.
При этом ось температуры на графике начинается в Т=О К. Для определения В,(0)) из точки (1) продолжают зависимость В, =ЯТ) до Т= ОК двумя линиями: проводят нормаль к оси В и касательную к кривой на начальном участке. Точки пересечения этих линий с осью В, дают интервал ЛВ„внутри которого лежит искомая ве- личина: В, (0) = В„+ ЛВ, ! 2 Рис.
1. Зависимость индукции насыщения В, от температуры магнетика Т Используя найденные значения ВДО) и Б,(0), можно по формуле (3) найти намагниченность,У при насыщении, а затем с помощью соотношения (1) — величину,и магнитного момента одной молекулы ферромагнетика. По графику зависимости В, = г'1Т)) определяют также температуру Кюри Т~ данного ферромагнетика. Если последняя экспериментальная точка (К) близка к оси температур, то при нагревании была достигнута температура Кюри; при этом точка пересечения опытной кривой с осью Т (где В = О) дает значение Т .. Иначе находят точку Кюри путем экстраполяции опытной зависимости до значения В = О.
Для этого, аналогично описанному выше, продолжают кривую из конечной точки М до оси температур двумя линиями (касательной к кривой и нормалью к оси), — и по найденному интервалу ЛТ оценивают в первом приближении значение температуры Кюри Т„: Т„=Т +ЛТ!2. О п и с а н и е у с т а н о в к и Схема электрической цепи представлена на рис. 2, монтажная схема — на рис. 3. Рис. 2. Электрическая схема; 1 — генератор сигналов специальной формы; 2 — миниблок «Реостат» с сопротивлением Л~, 3 — тороид с первичной Ю~ и вторичной Жз обмотками; 4 — миниблок «Точка Кюри»; 5 — демпферный ключ; б — интегратор; 7 — миниблок «Интегратор тока» (понг ложение тумблера «Сброс»); 8 — электронагреватель; 9 — регулируемый источник постоянного напряжения «О...+15В»; 10 — термопара; 11 — мультиметр ~режим 'С, входы 5 (см.
рис. 3 на стр. 9)); УА.— напряжение на входеХосциллографа, 1У, = У,-1-Н; Уг — напряжение на входе У осциллографа, У,. = У - Д-В. Первичная М1 и вторичная М~ обмотки намотаны на кольцевой сердечник 3, который изготовлен из исследуемого ферромагнитного материала. Первичную обмотку, по которой протекает переменный ток, используют для намагничивания ферромагнетика и по ее параметрам определяют напряженность магнитного поля ХХ.
Вторичная обмотка предназначена для измерения индукции В магнитного поля в сердечнике. С этой целью на вход У осциллографа подают напряжение У с интегратора тока 7. Электронагреватель 8 нагревает исследуемый ферромагнетик. Рядом с ним расположена термопара 10, предназначенная для измерения температуры образца с помощью мультиметра 11.
Рис. 3. Монтажная схема; ЭΠ— электронный осциллограф; 2, 4, 7, 11 — см. рис. 2 По ряд оквыполненияработы Вьтолнение измерений 1. Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, приведенной на р З. 2. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка» (поз. 19, см. рис. 1 на стр 6). 3. Включите осциллограф и выведите электронный луч в центр экрана. Калибровка установки 4. Увеличивая ток 1 в первичной обмотке кнопками установки напряжения выхода «О вЂ” 15 В» (поз. 10, см. рис. 1 на стр. 6) генератора сигналов специальной формы, получите на экране осциллографа изображение предельной петли гистерезиса, для которой рост тока не приводит к увеличению площади петли.
При этом, поворачивая реостат в миниблоке «Реостат» и ручку осциллографа «Усиление У», установите наибольшие размеры петли, которые вписываются в экран осциллографа. 5. Подберите значение тока 1 (уменьшая его) таким, чтобы точка насыщения (Н„В,) оказалась в вершине петли гистерезиса.
6. Внесите в табл. 1 параметры установки и исследуемого образца: М~ и Мз — число витков первичной и вторичной обмоток; 1 — длина средней осевой линии сердечника; Б — площадь поперечного сечения сердечника; Лз — сопротивление цепи вторичной обмотки; — градуировочная постоянная; К вЂ” цена деления оси 1' осциллографа (см. «Усилитель 1'»: число К указано в единицах В!дел — вольт на большое деление оси 1); 1„„— длина большого деления оси 1' осциллографа; л — концентрация молекул (в данной работе ферромагнитный образец выполнен из сплава Мп — Лп, для которого и = 1,4 1028 м '). Таблица 1 Измерение В,(Т) исследуемого ферромагнетика 7.
Перенесите на кальку осциллограмму предельной петли гистерезиса. 8. Измерьте температуру ~ С и значения положительной (+у) и отрицательной ( — у) ординаты вершин петли, которые соответствуют величине индукции насыщения В, . Результаты измерений запишите в табл. 2. Таблица 2 9. Кнопками установки напряжения «О...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
