Исследование намагничивания ферромагнетика
 Скачать 102.09 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра физики отчет по лабораторной работе №18 по дисциплине «физика» Тема: исследование намагничивания ферромагнетика баллистическим методом
Санкт-Петербург 2018 Цель работы. Исследование намагничивания трансформаторной стали, построение основной кривой намагничивания, а также зависимостей магнитной проницаемости и интенсивности намагничивания от напряженности магнитного поля с использованием измерителя заряда на операционном усилителе. Общие сведения. Ферромагнитными веществами (ферромагнетиками) называются такие вещества, которые могут обладать спонтанной намагниченностью, т.е. быть намагниченными в отсутствии магнитного поля. Характерной особенностью ферромагнетиков является нелинейная зависимость между вектором намагниченности J и напряженностью Н магнитного поля, а следовательно, между вектором магнитной индукции В и напряженностью Н. Ход зависимости магнитной индукции В(Н)предварительно размагниченого ферромагнетика при первом его намагничивании называют основной кривой намагничивания. При циклическом изменении напряженности магнитного поля процесс протекает по одному из двух ее S - образных отрезков. Эти отрезки ограничивают некоторую площадь на графике зависимости В(Н), образуя петлю гистерезиса. Ввиду нелинейности В(Н) для ферромагнетика невозможно определить магнитную проницаемость µ как некую постоянную характеристику данного вещества. Если считать, что  (15.1)то µ надо рассматривать как функцию напряженности поля Н, причем конечные значения µ принимает только для основной кривой намагничивания. Действительно, для петли гистерезиса данное определение µ не имеет смысла, т.к. на оси ординат, где Н = 0 , µ бесконечно велико, тогда как в точках пересечения петли с осью абсцисс µ = 0. Кроме магнитной проницаемости, определенной ранее (статическая магнитная проницаемость), для ферромагнетика вводится дифференциальная магнитная проницаемость  , (15.2)Вычислив значения Н для исследуемого материала при различных токах намагничивания и получив из опыта соответствующие значения магнитной индукции В, можно для данного ферромагнетика определить магнитные проницаемости µ и  , а также интенсивность намагничивания , (15.3)Экспериментальная установка. Установка для исследования намагничивания ферромагнетика (см. рисунок) содержит исследуемый образец, выполненный в виде тороида с площадью сечения магнитопровода S; операционный усилитель, включенный по схеме интегратора; миллиамперметр (тА) и вольтметр (V); переключатель П, служащий для коммутации тока в намагничивающей обмотке L1; потенциометр Rп , с помощью которого устанавливается намагничивающий ток. Измерительная обмотка L2 подключена к входу ОУ. Намагничивающая обмотка, наложенная на тороид из исследуемого ферромагнетика, намотана равномерно по всей длине тороида. Обмотка содержитn витков на единицу длины средней линии тороида.  Основные расчётные формулы.
 ,где n – число витков обмотки L1, I – сила тока в намагничивающей обмотке.
 ,где R и С – сопротивление резистора и емкость конденсатора соответственно, U – максимальное значение изменения выходного напряжения ОУ, N – число витков измерительной обмотки, S – площадь сечения магнитопровода тороида.
 1. Напряженность  и индукция  магнитного поля
2. Интенсивность намагничивания 
3. Статическая и динамическая магнитная проницаемость Статическая магнитная проницаемость  Динамическая магнитная проницаемость
 Вывод. В данной лабораторной работе мы использовали способ изучения зависимости B(H) внутри вещества, предложенный профессором А. Г. Столетовым, основанный на намагничивании торроидального образца намотанной на него круговой обмоткой. В ходе проведения лабораторной работы мы провели исследование намагничивания трансформаторной стали, построение основной кривой намагничивания, а также зависимостей магнитной проницаемости и интенсивности намагничивания от напряженности магнитного поля с использованием измерителя заряда на операционном усилителе Методика проведения эксперимента. 1. Включить измерительную установку. 2. Провести размагничивание образца. Для этого довести силу тока в намагничивающей обмотке до максимально возможного значения и далее медленно уменьшать ее до нулевого значения, производя одновременно непрерывную коммутацию тока с помощью переключателя П. Многократно перемагничиваемый во все более слабых полях ферромагнетик окажется после этого практически размагниченным. 3. Установить переключатель П в положение 1 и нажатием кнопки К разрядить конденсатор С. 4. Установить начальное (небольшое, около 5% от максимально возможного) значение силы тока в намагничивающей обмотке. Увеличение тока надо проводить исключительно тщательно, так как ошибочное превышение тока над планируемым с последующим его уменьшением (для исправления) исказит весь ход кривой индукции и потребует возобновления процесса размагничивания. 5. Нажатием кнопки К разрядить конденсатор С. 6. Провести коммутацию тока, переведя переключатель П в положение 2. 7. Записать максимальное значение изменения выходного напряжения ОУ Ui . 8. Наблюдения по пп. 3 – 7 выполнить, увеличивая силу тока до максимально возможной (не менее 10 значений). Задание по обработке результатов 1. Рассчитать значения напряженности Нi и индукции Вi магнитного поля, пользуясь формулами (15.4) и (15.5) и данными на панели установки. Построить основную кривую намагничения. 2. Воспользовавшись формулой (15.3) , построить зависимость J(H) интенсивности намагничивания от напряженности магнитного поля. 3. Воспользовавшись формулами (15.1) и (15.2) , построить зависимости статической и динамической магнитных проницаемостей от напряженности магнитного поля. Оценить коэффициент нелинейности исследуемого ферромагнетика как отношение значения максимальной статической магнитной проницаемости к ее начальному значению. Контрольные вопросы 1. В чем состоит сущность баллистического метода измерений, предложенного А. Г. Столетовым? 2. Почему в формуле (15.2) S - площадь сечения магнитопровода тороида, а не площадь сечения витков измерительной катушки? 3. Зачем необходимо размагничивать образец? 4. Поясните физический смысл вектора интенсивности намагничивания. 5. Каковы особенности магнитных свойств ферромагнетиков? |
определяется по формуле:
Тл
