Практикум. Г. А. Зверев Л. К. Митрюхин
 Скачать 1.62 Mb.
|
|
Метод Столетова Исследуемый образец представляет собой железное кольцо, имеющее первичную обмотку, равномерно нанесенную вдоль всего кольца (рис. 11.1), по которой протекает ток I1. Напряженность поля в кольце будет однородной, если выполнено условиеdR, где d – диаметр сечения и R – средний радиус кольца. Напряженность поля кольца рассчитывается с помощью формулы для соленоида  , (7)где N1 – число витков катушки, lср – средняя длина всего кольца. Пропуская через первичную обмотку ток, получают определенное значение Н и соответствующее значение индукции магнитного поля В в сердечнике. Величина В определяется следующим образом: при заданном поле Н в кольце появляется поток индукции Ф  , (8)где S – сечение кольца. Если переключателем П изменить направление тока в первичной обмотке , то изменится направление вектора напряженности поля и знак потока магнитной индукции от значения +Ф до значения –Ф, а во вторичной обмотке, помещенной на том же кольце, появится ЭДС индукции, которая по абсолютной величине равна  , (9)где N2 – число витков вторичной катушки. Величина тока, возникающая в катушке 2  .Здесь R – суммарное сопротивление вторичной цепи. Количество электричества, перемещенного при изменении потока индукции  , получим путем интегрирования импульса тока I2 по времени . (10)Искомая величина индукции В равна  . (11)Входящие в это выражение величины R , N2, S и для данной установки постоянны и, следовательно, протекающий заряд q прямо пропорционален индукции образца В. Отброс стрелки милливольтметра пропорционален заряду, протекшему через его рамку  , (12)где Cv – постоянная милливольтметра, значение которой указано на стенде. С учетом формулы (12) выражение (11) примет вид  . (13)Порядок выполнения работы Собрать электрическую цепь по схеме рис. 11.1. Включить источник питания, при этом вторичная цепь должна быть разомкнута, и установить по миллиамперметру максимальный ток. Для подготовки образца к измерениям необходимо размагнитить образец. Для этого несколько раз изменить направление и значение тока в первичной обмотке переключателем, постепенно уменьшая ток до 0.  Замкнуть вторичную обмотку (цепь милливольтметра) и установить стрелку милливольтметра в нулевое положение. Включить источник питания и пропустить через первичную цепь ток, значение которого необходимо изменять от минимального до максимального. При каждом значении тока быстро менять направление тока во вторичной обмотке с помощью переключателя П. В результате этого во вторичной обмотке проходит заряд, пропорциональный отклонению стрелки милливольтметра n. Результаты измерений тока в первичной обмотке и показания стрелки милливольтметра (количество делений n) занести в таблицу (табл. 11.1). Рассчитать по формулам (5), (6), (7) и (13) значения Н1, В, , m, J и внести в эту же таблицу. Построить графики зависимости B=f(H), J=f(H), =f(H), m=f(H). Примечание: Сечение образца, число витков и сопротивление цепи милливольтметра указаны на установке. Таблица 11.1
Контрольные вопросы и задания Изложите метод исследования ферромагнетиков, предложенный А.Г. Столетовым. Объясните графики В=f(H)=f(H); J=f(H), m=f(H). Объясните природу пара-, диа- и ферромагнетизма. Сформулируйте закон полного тока и укажите его применение. Что происходит с ферромагнетиком в точке Кюри? Как можно размагнитить ферромагнетик? Литература 1. Гл.16. §131-136. С.234-245. 2. Гл.24. §24.1-24.5. С.314-328. 3. Гл.VII. §57-59. С.188. 4. Гл.ХI. §119. С.245-250. 5. Р.53. С.291. 8. Гл. IV. §4.6. С.88. 11. Ч. III. §86, С.118. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12 СНЯТИЕ КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ Приборы и принадлежности: исследуемый трансформатор, автотрансформатор, вольтметр, амперметр, конденсатор, сопротивления, осциллограф. Цель работы: ознакомление с основными характеристиками магнитного поля в магнетиках, выяснение природы пара-, диа- и ферромагнетизма, а также построение графика зависимости индукции магнитного поля от напряженности внешнего магнитного поля (кривой намагничивания ферромагнетика) и наблюдение петли гистерезиса с помощью осциллографа. Построить график зависимости  и  .Теоретическое введение В парамагнитных веществах можно выделить в особый подкласс часть элементов (железо, никель, кобальт, а также редкоземельные элементы гадолиний, диспрозий, тербий), обладающих рядом отличительных свойств. Эта группа элементов получила название ферромагнетиков. Их отличительные свойства следующие: Ферромагнетики обладают положительной восприимчивостью (m, причем несравненно более высокой, чем у парамагнетиков и, соответственно, большой магнитной проницаемостью 103 – 105. Для ферромагнетиков m, а следовательно, и зависит от напряженности внешнего магнитного поля, т.е. и .Это, в свою очередь, приводит к нелинейной зависимости от . Д  ля ферромагнетиков характерно наличие магнитного гистерезиса, сущность которого заключается в следующем: если довести намагничивание ферромагнетика до насыщения и затем уменьшать напряженность поля, то изменение намагниченности будет отставать от напряженности поля. Это явление называется гистерезисом (рис. 12.1). При = намагничивание не исчезает, а характеризуется некоторым значением, называемым остаточным намагничиванием. Остаточное намагничивание исчезает лишь при наличии некоторого поля противоположного направления, которое называется коэрцитивной силой к. При циклическом перемагничивании ферромагнетика кривая зависимости Jf или f имеет вид петли, называемой петлей гистерезиса.Порядок выполнения работы 1. Собрать цепь (рис. 12.2). В нее входят: трансформатор ТР, сердечник которого изготовлен из исследуемого ферромагнитного материала, лабораторный автотрансформатор ЛАТР, миллиамперметр mA, вольтметр V. 2. Изменяя при помощи автотрансформатора ток в первичной обмотке, снять показания приборов, производя не менее 15 замеров, и результаты занести в таблицу (табл. 12.1).  3.Полагая, что маг-нитное поле пол-ностью локализует-ся в сердечнике трансформатора, и применяя закон полного тока к данному случаю, получим формулу для напряженности поля: , (1)где N1 – число витков в первичной обмотке трансформатора; Iэфф – эффективные значения силы тока (отсчитываемые по прибору); l – средняя длина сердечника. Для определения значения индукции В используют явление электромагнитной индукции. Если ток I, текущий по первичной обмотке, изменится по закону синуса  ,где Im – амплитудное значение тока; – циклическая частота; t – время; =; =50 Гц в сети переменного тока, то и поток должен изменяться по тому же закону, а именно  .При этом во вторичной обмотке трансформатора с числом витков N2 наведется ЭДС индукции  .Но так как  , гдеS – площадь поперечного сечения трансформатора, то будет иметь максимальное значение тогда, когда   или  .Учитывая, что вольтметр показывает не амплитудное, а эффективное значение эфф, формула имеет окончательный вид  . (2)Таким образом, измеряя силу тока в первичной обмотке и значение ЭДС, наведенной во вторичной обмотке, можно найти значения Нm и Вm. Значения Нm и Вm , найденные соответственно по формулам (1) и (2), занести в таблицу и по ним определить значение магнитной проницаемости  .Выбрав соответствующий масштаб Нm, Вm , J построить графики зависимости  ;  ;  .Наблюдение на осциллографе петли гистерезиса Петлю гистерезиса можно непосредственно наблюдать на экране осциллографа. Для этого необходимо собрать схему (рис. 12.3), где ТР – исследуемый трансформатор, R1 – реостат, R2 – постоянное сопротивление, С – конденсатор на 10 мкФ, ЛАТР – лабораторный автотрансформатор. Назначение автотрансформатора – изменять в широком диапазоне ток в первичной цепи трансформатора, доводя сердечник до состояния магнитного насыщения. На концах сопротивления R1 будет соответственно возникать переменное напряжение, значение которого пропорционально напряженности м  агнитного поля, намагничивающего сердечник. Это напряжение подается на пластины осциллографа, вызывающие горизонтальное отклонение электронного луча.Вторичная обмотка трансформатора замыкается на сопротив- ление R2 и на емкость С. Переменное напряжение, возникающее на пластинах конденсатора, подается на пластины осциллографа и вызывает вертикальные отклонения электронного луча. Напряжение на конденсаторе пропорционально изменению индукции В сердечника, вызываемому изменением напряженности магнитного поля, поэтому поток электронов в электронно-лучевой трубке осциллографа будет испытывать вертикальное отклонение, пропорциональное величине индукции сердечника трансформатора. В результате суммарного воздействия на электронный пучок двух взаимно перпендикулярных электрических полей светлое пятно на экране опишет фигуру, воспроизводящую по форме петлю гистерезиса. Напряжения, подаваемые на пластины осциллографа, должны быть такой величины, чтобы вся петля гистерезиса уложилась в плоскости экрана. При изменении силы тока в первичной цепи от небольших значений до токов, соответствующих насыщению трансформатора, проследите за изменением формы петли гистерезиса и появлением участков насыщения. Зарисуйте петлю гистерезиса и отметьте точки, соответствующие значению коэрцитивной силы и остаточному намагничиванию. Таблица12.1
|
