Назва роботи: Зняття основний кривою намагнічення
Предметна область: Фізика
Опис: Лабораторна робота 530k Зняття основний кривою намагнічення Мета роботи: познайомитися з балістичним методом вимірювання індукції магнітного поля; зняти основну криву намагнічування феромагнітного матеріалу. Робота виконується на ЕОМ. КОРОТКА ТЕОРІЯ.
Розмір файлу: 63 KB
Роботу скачали: 37 чол.
Лабораторна робота 5-30k
Зняття основний кривою намагнічення
Мета роботи. познайомитися з балістичним методом вимірювання індукції магнітного поля; зняти основну криву намагнічування феромагнітного матеріалу.
Робота виконується на ЕОМ.
У феромагнетиків на відміну від діа- і парамагнетиків магнітна проникність не є постійною величиною, тому індукція магнітного поля В складним чином залежить від напруженості поля Н (рис. 1).
Якщо ненамагнічений зразок помістити в магнітне поле і збільшувати поступово напруженість Н, то процес намагнічування зразка до насичення зобразитися кривої ОМ. При зменшенні напруженості поля зворотний хід кривої не збігається з прямим. Індукція В при всіх значеннях напруженості Н має більші значення, ніж при намагнічуванні. Відставання індукції поля від напруженості при розмагнічування називається магнітним гістерезисом. а замкнута крива # 150; петлею гистерезиса (мал. 1).
Крива ОМ, що показує залежність У від Н
Мал. 1. Петля гістерезису для при первинному намагничивании ферромагнеті-
феромагнітних матеріалів ка носить назву основної кривої намагнічені -
ня. Значення індукції В ОСТ. при Н = 0 називається залишкової індукцією. Існування залишкової індукції робить можливим виготовлення постійних магнітів. Для того, щоб зняти залишкову індукцію, потрібно змінити напрямок зовнішнього поля на зворотне і довести напруженість до деякого значення Н К. званого коерцитивної силою. У точці Н К зразок розмагнічений.
Особливості магнітних властивостей феромагнетиків пояснюється існуванням в феромагнетиках доменів # 150; областей спонтанного (самовільного) намагнічення. Відповідно до теорії феромагнетизму при певних умовах в кристалах можуть виникати так звані обмінні сили. які змушують магнітні моменти електронів вибудовуватися паралельно один одному. Області спонтанного намагнічення отримали назву доменів. У межах кожного домена спонтанно намагнічений до насичення і володіє певним магнітним моментом. Під час відсутності зовнішнього поля сумарний магнітний момент феромагнетика дорівнює нулю. Дія магнітного поля на домени на різних стадіях процесу намагнічування різне, що призводить до гістерезису [1].
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
Сутність балістичного методу вимірювання індукції В, запропонованого А.Г. Столєтова, полягає в наступному.
Вимірювання індукції магнітного поля здійснюється в зразку, що має форму тороїда. Тороид містить дві обмотки: первинну (намагнічує) і вторинну (вимірювальну). У ланцюг вимірювальної обмотки включають балістичний гальванометр (рис. 2).
Мал. 2 Електрична схема установки
При зміні магнітного потоку через вторинну обмотку в ній виникає індукційний струм, миттєве значення якого
i = ε i / R = # 150; 1 / R (d Ф / dt),
де ε i # 150; миттєве значення ЕРС індукції; R # 150; опір вимірювального контуру; Ф # 150; магнітний потік через вимірювальну обмотку, рівний
де в # 150; індукція магнітного поля в тороіде; S # 150; перетин витка вимірювальної обмотки; N # 150; число витків вимірювальної обмотки.
За час dt через вимірювальну обмотку, а, отже, і балістичний гальванометр пройде кількість електрики
dq = idt = # 150; d Ф / R.
Відхилення зайчика балістичного гальванометра пропорційно пройшов через нього кількості електрики q. а отже, відповідно до (1) і зміни магнітного потоку D Ф.
У даній роботі зміна магнітного потоку виробляється шляхом зміни напрямку струму в первинній обмотці (комутацією струму). При цьому вектор В також змінює напрямок на протилежне. тоді
D Ф = 2В SN = Rq. (2)
В = (Rq) / (2В SN) (3)
Якщо відома чутливість гальванометра, то, вимірявши заряд q. можна визначити індукцію В за формулою (3). Як правило, чутливість гальванометра не відома. Тому визначають постійну гальванометра шляхом порівняння індукції досліджуваного поля в тороіде з індукцією в інший котушці, яка не має сердечника. Вона являє собою довгий прямий соленоїд і називається нормальним котушкою. На ній є своя коротка вимірювальна обмотка, що включається в ланцюг балістичного гальванометра.
Вважаючи нормальну котушку нескінченно довгим соленоидом, маємо
де n н # 150; число витків на одиницю довжини нормальної котушки; I # 150; ток в нормальній котушці.
При комутації струму в нормальній котушці зміна магнітного потоку одно
D Ф = 2В S н N н = 2 m 0 × n н IS н N н.
де S н і N н # 150; перетин і загальне число витків вимірювальної обмотки нормальної котушки.
Вважаючи, що відхилення зайчика гальванометра b пропорційно зміні потоку
де А # 150; коефіцієнт пропорційності, званої постійної балістичної установки.
А = 2 m 0 × n н IS н N н (I / b). (4)
Якщо тепер при роботі з тороіде гальванометр дає відхилення a. то
D Ф = А × a = 2В S т N т.
В = (А × a) / (2 S т N т). (5)
Таким чином, для знаходження індукції В треба спочатку визначити постійну А і потім вимірювати відхилення зайчика гальванометра a.
Напруженість поля в тороіде обчислюється за формулою
де I # 150; струм у первинній (намагничивающей) обмотці тороїда; n т # 150; число витків на одиницю довжини цієї обмотки.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
I. ВИЗНАЧЕННЯ ПОСТІЙНОЇ балістичного гальванометра
1. У діалоговому вікні "Визначення балістичної постійної гальванометра" встановити похибка вимірювань (за вказівкою викладача)
2. Проводячи комутацію струму в первинної ланцюга нормальної котушки (активізуючи кнопкою миші ключ К), виміряти відхилення зайчика гальванометра b при п'яти різних значеннях струму. Дані занести в табл. 1.
Рекомендовані значення струму: 0,4; 08; 1,2; 1,5; 2,0 А.
3. Знайти відношення I / b і за середнім значенням цієї величини обчислити постійну балістичного гальванометра А за формулою (4). Результати обчислень занести в табл. 1.
II. ЗНЯТТЯ КРИВИЙ намагнічених
У цій частині проводяться вимірювання також, як при визначенні постійної гальванометра А, тільки в ланцюг включений тороид, а не нормальна котушка.
1. Перейти до другої частини роботи, натиснувши в діалоговому вікні кнопку "Перейти до процедури зняття основною кривою намагнічування".
Примітка. При переході до другої частини роботи режим розмагніченого тороида здійснюється автоматично.
2. Вибрати матеріал сердечника тороїда (за вказівкою викладача).
3. Проводячи комутацію струму в первинної ланцюга тороида, виміряти відхилення зайчика гальванометра a при п'яти різних значеннях сили струму. Дані занести в табл. 2.
Рекомендовані значення сили струму: 0,05 А, і від 0.1 до 1 А з кроком 0.1 А, а від 1 до 2 А з кроком 0.2 А.
Примітка. При установці чергового значення сили струму треба мати на увазі, що, пропустивши якусь точку, повертатися до неї вже не можна, тому що в осерді буде залишкове намагничение від більшого струму.
4. Обчислити індукцію В і напруженість магнітного поля Н за формулами (5) і (6). Результати обчислень занести в табл. 2. Побудувати криву намагнічення, звернувши увагу на раціональний вибір масштабу по осях координат.