Лабораторна робота Е -9
Побудова кривої намагнічування
Феромагнетика методом Столєтова
Мета роботи: побудова основної кривої намагнічування B = f (H) і графіка залежності магнітної проникності від напруженості магнітного поля феромагнетика = g (H).
Основні поняття теорії феромагнетизму введені в лабораторній роботі Е-8.
Опис методу дослідження
Вперше повне експериментальне дослідження залежності B = f (H) проведено в 1871-1872 рр. професором Московського університету А.Г. Столєтова. Він показав також, що напруженість поля всередині феромагнетика сильно залежить від форми зразка і тільки в разі тороїдального (кільцевого) зразка, намагнічуватися кільцевої обмоткою, вона збігається з напруженістю зовнішнього магнітного поля.
У даній роботі для отримання основної кривої намагнічування використовують метод, запропонований А.Г. Столєтова. Він полягає в наступному. На кільці з феромагнітного матеріалу розташовують дві обмотки (рис. 9.1): первинна (намагнічує) містить N1 витків, і вторинна (з числом витків N2), призначена для вимірювання величини магнітної індукції B. Напруженість магнітного поля, яке створюється в кільцевому сердечнику при протіканні по первинній обмотці струму I1. розраховується за формулою
де, l - довжина середньої осьової лінії сердечника. Це поле намагнічує кільце. Магнітний потік в перерізі кільця площею S
Мал. 9.1. трансформатор
= BS. (9.2)
При його зміні у вторинній обмотці виникає ЕРС індукції
Зміна магнітного потоку досягається зміною напрямку струму I1. При цьому значення напруженості поля H залишається колишнім, а змінюється лише напрям ліній поля. В результаті потік магнітної індукції змінює від + до - , а приріст потоку
Якщо ланцюг вторинної обмотки замкнути, то в ній потече струм
де R - опір ланцюга вторинної обмотки.
При протіканні індукційного струму I2 в цьому ланцюзі протікає заряд Q, величину якого можна розрахувати, використовуючи формули (9.4), (9.5):
Висловлюючи з цієї рівності індукцію магнітного поля, отримаємо
де R. N2 і S- величини, постійні для даної установки.
Заряд Q вимірюють інтегратором струму, підключеним до вторинної обмотці. При цьому величина заряду, що пройшов через інтегратор, пропорційна показання вольтметра
де b - постійна інтегратора; - відлік по вольтметру.
Використовуючи вирази (9.7) і (9.8), можна отримати розрахункову формулу для індукції магнітного поля в досліджуваному кільцевому сердечнику:
Обладнання: джерело постійної напруги, мультиметри, мініблокі «феромагнетика», «Інтегратор струму», «Опір».
Електрична схема установки показана на рис. 9.2, монтажна - на рис. 9.3.
Мал. 9.2. Електрична схема:
1 - джерело постійного регульованого напруги 0 ... 15 В; 2 - амперметр; 3 - блок «Опір» 100 Ом; 4 - перемикач напряму струму в первинній обмотці; 5 - тороид з первинної N1 і N2 і вторинної обмотками; 6 - мініблок «феромагнетика»; 7 - амортизаційний ключ; 8 - інтегратор струму; 9 - мініблок «Інтегратор струму»; 10 - вольтметр
Мал. 9.3. Монтажна схема: позиції 2, 3, 6, 9, 10 - см. Рис. 9.2
Первинна N1 і вторинна N2 обмотки намотані на феромагнітний кільцевої сердечник. Первинну обмотку використовують для намагнічування феромагнетика і по її параметрам визначають напруженість H намагнічує поле. Перемикач 4 служить для зміни напрямку струму в первинній обмотці з метою перемагнічування осердя. Резистор R0 обмежує струм в обмотці.
Вторинна обмотка ^ N2 призначена для визначення індукції магнітного поля B в осерді. Інтегратор струму 8 служить для вимірювання заряду Q. показуваного вольтметром 10 і пропорційного вимірюваній величині B. Так як сердечник виготовлений з магнітомягкого феромагнетика з малою величиною залишкової індукції, то для отримання основної кривої намагнічування немає необхідності проводити попереднє розмагнічування сердечника.
1. Заповнити табл. 9.1 (див. Бланк звіту).
2. Зібрати електричне коло за монтажною схемою, наведеної на рис. 9.3.
Увага! На загальний вхід COM мультиметров 2 і 10 подається негативна напруга (провід «-» або «»), на входи V і mА - позитивна напруга (провід «+»).
3. Перемикач роду робіт мультиметра 2 (рис. 9.3) перевести в положення «А» і встановити межу виміру «200 mA», а мультиметра 10 - в положення «V» і встановити межу виміру «20 V».
4. Включити в мережу блоки живлення генераторів напруги і мультиметров. Натиснути кнопку «Початкова установка». Демпферний ключ 7 «Інтегратора струму» встановити в положення «Скидання».
5. Кнопками «Установка напруги 0 ... +15 В» джерела постійної напруги встановити в первинній обмотці струм I1 = 6 мА.
6. Розімкнути демпфуючий ключ 7. Перемикач 4 перевести в верхнє положення, відзначаючи одночасно максимальне показання вольтметра. Записати його в табл. 9.2 (див. Бланк звіту). Перевести ключ 7 в положення «Скидання».
7. Розімкнути демпфуючий ключ 7. Перемикач 4 перевести в нижнє положення, відзначаючи одночасно максимальне показання вольтметра. Записати його в табл. 9.2. Перевести ключ 7 в положення «Скидання».
8. Послідовно задаючи значення струму з кроком 2-3 мА до 20 мА, а потім з кроком 5-10 мА до 100 мА, виміряти по пп. 5, 6 для кожного струму максимальні показання вольтметра і. Результати занести в табл. 9.2.
9. Виключити з мережі блоки живлення генераторів напруг і мультиметров.
Обробка результатів вимірювань
1. Розрахувати середнє значення для кожного струму.
2. Розрахувати константи n1 і k. необхідні для обчислень величин H і B за формулами (9.1) і (9.9), використовуючи значення параметрів установки і досліджуваного зразка.
3. Для кожного значення струму розрахувати величини H і B за формулами (9.1) і (9.9).
4. Обчислити магнітну проникність за формулою (0 = 410 -7 Гн / м) для кожного значення Н. Результати розрахунків записати в табл. 9.2.
5. За даними табл. 9.2 побудувати основну криву намагнічування B = f (H) і графік залежності = g (H).
6. У висновку по роботі відобразити особливості форми досвідчених кривих:
a) зіставити хід кривої намагнічування з положенням максимуму на графіку = g (H);
б) порівняти отримані криві з відомими теоретичними та експериментальними залежностями.
7. Оформити звіт про виконання роботи відповідно до прикладеним зразком.
з лабораторної роботи
«Побудова кривої намагнічування феромагнетика методом Столєтова»
Виконавець: студент (ка) гр ._____
Короткий опис методу дослідження:.
Розрахункові формули. (Пояснити що входять до формули фізичні величини і вказати їх найменування в СІ) ....