Лабораторна робота № 52
ДОСЛІДЖЕННЯ петлі гістерезису феромагнетика
Мета роботи - вивчення явища магнітного гистерезиса і визначення магнітних характеристик феромагнетика.
Прилади й приналежності: тороид з досліджуваного феромагнетика з двома обмотками, генератор змінного напруги, осцилограф, опору, конденсатор.
Короткі відомості з теорії
Феромагнітні матеріали часто застосовуються в трансформаторах, дроселях, машинах змінного струму; в радіоелектроніці, де вони піддаються періодичному перемагничивании. Вивчення магнітних характеристик феромагнетиків в змінних полях представляє великий практичний інтерес.
Характерною особливістю феромагнетиків є нелінійна залежність між магнітною індукцією В і напруженістю що намагнічує поле Я. Ця залежність для попередньо розмагніченого феромагнетика дана на рис. 52.1 кривої 0 -1. Вона називається основний або початкової кривої намагнічування. Якщо тепер почати зменшувати напруженість Я намагнічує поле, то залежність В від Н буде представлена кривої 1 -2. Відбувається відставання зміни індукції від зміни напруженості поля. Це явище називається магнітним гістерезисом.
При Н = 0 намагнічування жевріє і характеризується величиною залишкової магнітної індукції Вг. Для розмагнічування феромагнетика потрібно створити магнітне поле протилежного напрямку. При збільшенні напруженості цього поля від нуля зміна індукції відіб'ється кривої 2-3. Напруженість поля Н0. при якій індукція магнітного поля стає рівною нулю, називається коерцитивної (затримує) силою. При подальшій зміні напруженості поля в зворотному напрямку індукція буде змінюватися відповідно до кривої 3 -4. У змінному за величиною і напрямком магнітному полі магнітна індукція змінюється відповідно до кривої 1 -2 -3 -4 -5 -1, яка називається петлею гістерезису. Якщо амплітудне значення напруженості змінного поля, що намагнічує дорівнює чи перевищує напруженість поля, що намагнічує ферромагнетик до насичення (Hmax> Hs, то петля гистерезиса називається максимальної (граничної). Напруженості поля Hs відповідає магнітна індукція Bs. При Hmsa Феромагнетизм обумовлений спінові магнітними моментами електронів. В атомах феромагнетика спини певної групи електронів (Зd-електронів в металах групи заліза і 4f-електронів в рідкоземельних металів) що не компенсовані. Завдяки цьому спінові магнітні моменти атомів досягають значної величини. У відсутності зовнішнього поля феромагнетик складається з великого числа малих (але макроскопічних) областей спонтанного намагнічення - доменів. У межах кожного домена магнітні моменти атомів строго орієнтовані. При відсутності зовнішнього магнітного поля повний магнітний момент феромагнетика дорівнює нулю. У досить сильних магнітних полях магнітні моменти всіх доменів встановлюються по полю. У цьому стані феромагнетик намагнічений до насичення. При перемагничивании феромагнетика відбувається зміна його доменної структури. Робота, необхідна для цього, відбувається за рахунок енергії зовнішнього магнітного поля. Зразок при перемагничивании нагрівається, і тим сильніше, чим більше площа петлі гістерезису (втрати енергії на гістерезис). Елементарна робота, необхідна для перемагннчіва-ня одиниці об'єму зразка dAejs.a6 = dwes.au = HxdB, дорівнює площі заштрихованої смужки на рис. 52.1. Тоді повна енергія, що втрачається за один цикл перемагнічування зразка і розрахована на одиницю його обсягу, чисельно дорівнює площі петлі гістерезису: Опис експериментальної установки і методу вимірів Петлю гістерезису можна отримати на екрані осцилографа (ЕО) за допомогою установки, схема якої представлена на рис. 52.2. На панелі П укріплені
досліджуваний зразок Т з двома обмотками, опору і конденсатор. Г - генератор змінного напруги синусоїдальної форми. Щоб отримати на екрані ЕО петлю гістерезису, потрібно на його «вхід X» подати сигнал, пропорційний напруженості H намагнічує поле, а на «вхід У» - сигнал, пропорційний магнітної індукції В в зразку.
Досліджуваний зразок виконаний у вигляді торонда, па поверхні якого намотані дві обмотки 1 і 2 з числом витків N1 і N2 відповідно. Обмотка 1 через потенціометр R1 з опором R \ з'єднана з виходом генератора Г. Середня напруженість поля, що намагнічує в тороіде