лаба8. Лабораторная работа №8 миээт. Исследование свойств металлических ферромагнитных материалов
 Скачать 208 Kb.
|
|
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» кафедра микроэлектроники Отчёт по лабораторной работе №8 «Исследование свойств металлических ферромагнитных материалов» Выполнил: Гилев Алексей, Давыдовский Григорий, Минин Роман Факультет: ФРТ Группа № 0191 Преподаватель: ________________ 2012 г. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследование основных магнитных свойств железо - никелевого сплава (пермаллоя). Основные понятия и определения. К ферромагнитным относят материалы с большой положительной магнитной восприимчивостью, которая сильно зависит от напряжённости магнитного поля и температуры. Особые свойства ферромагнетиков обусловлены наличием у них в определённом интервале температур спонтанной намагниченности и доменной структуры. В отсутствии внешнего магнитного поля состояние, при котором вектор спонтанной намагниченности имел бы во всём образце одно направление, энергетически не выгодно, т.к. оно привело бы к большому рассеянию магнитного потока в окружающее пространство, поэтому образец самопроизвольно разбивается на отдельные области (домены), имеющие размеры порядка единиц микрометров. Внутри каждого домена вектор намагниченности имеет одинаковое направление, а суммарный магнитный поток замкнут внутри образца. При воздействии внешнего магнитного поля происходит перестройка доменной структуры, что приводит к намагничиванию образца. Важнейшим свойством ферромагнетиков является нелинейная зависимость магнитной индукции В от напряжённости магнитного поля Н – кривая намагничивания. Начальный участок монотонно возрастает (преобладают процессы обратимого смещения доменных границ – происходит увеличение доменов, магнитные моменты которых образуют наименьший угол с направлением внешнего поля). На следующем участке кривая имеет наибольшую крутизну (смещение доменных границ необратимо). Далее рост магнитной индукции замедляется (магнитные моменты доменов поворачиваются в направлении поля). Далее участок насыщения (все домены ориентированны по полю). Статическую магнитную проницаемость μ определяют по формуле:  , где μ0 = 4π · 10-7 Гн/м – магнитная постоянная. При увеличении напряжённости поля магнитная проницаемость сначала растёт, а потом уменьшается из-за насыщения магнитной индукции.Если после намагничивания образца убрать внешнее поле, то останется остаточная индукция Вr. Чтобы убрать остаточную индукцию нужно приложить обратное поле – коэрцитивную силу Нс. Вr и Нс характеризуют статическую предельную петлю гистерезиса, а статическая ПГ характеризует потери энергии на гистерезис Эг. Площадь динамической ПГ больше статической на величину, характеризующую потери энергии на вихревые токи Эвт. Мощности потерь на гистерезис и на вихревые токи:  ;  ,где η – коэффициент, зависящий от свойства материала; Вm – максимальная индукция, достигаемая в данном цикле; n – показатель степени от 1,6 до 2 для различных материалов; ξ – коэффициент, зависящий от удельной проводимости ферромагнетика и формы образца; f – частота изменения магнитного поля. Описание установки.  Испытуемый образец изготовлен в виде тороидального сердечника, на который нанесены две обмотки – первичная с числом витков W1 и вторичная с числом витков W2. Обработка результатов Вычисление напряженности и магнитной индукции. Расчёт магнитной проницаемости.  Пример, при    Пример расчёта, при    Пример расчёта, при  и   Результаты расчётов занесены в таблицу 1 (см. ниже). Графики зависимостей магнитной проницаемости от напряженности и магнитной индукции от напряженности находятся в ПРИЛОЖЕНИИ 1 и 2 соответственно. Определение энергии, поглощаемой в единице массы ферромагнетика.  ,  ,  ,  ,  Так, при   Таблица 1.
Зависимость потерь энергии в образце от магнитной индукции см. ПРИЛОЖЕНИЕ 3. По наклону прямой графика функции  нашёл  .Расчёт потерь энергии при изменении частоты , , , , При  получаю Результаты свёл в таблицу 2 (см. ниже). Частотная зависимость потерь энергии в образце см. ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Экстраполируя полученную зависимость к нулю получаю потери энергии на гистерезис  .Для каждого значения частоты определяю потери на вихревые токи  Пример, при  ( ) Для остальных частот результаты представлены в таблице 2. Расчёт удельной мощности потерь на гистерезис  При  получаю Расчёт удельной мощности потерь на вихревые токи  При и  получаю Таблица 2.
Расчёт индуктивности катушки  Пример, при ,  ,   Результаты представил в таблице 3. Определение эффективной магнитной проницаемости  Если  , то  Таблица 3.
Частотную зависимость эффективной магнитной проницаемости изобразил в ПРИЛОЖЕНИИ 5 Выводы Я исследовал пермаллой – железо – никелевый сплав. Ферромагнетик. В ходе работы я получил 5 графических зависимостей. 1). Зависимость магнитной индукции от напряженности (ПРИЛОЖЕНИЕ 2). Сначала наблюдается монотонное возрастание кривой намагничивания вследствие преобладания процессов обратимого смещения доменных границ. С увеличением напряженности магнитного поля смещение доменных границ приобретает необратимый характер. Здесь кривая намагничивания имеет наибольшую крутизну. По мере увеличения напряженности возрастает роль второго механизма намагничивания – механизма вращения, при котором магнитные моменты доменов постепенно поворачиваются в направлении поля. На этом участке рост магнитной индукции замедляется. 2). Зависимость магнитной проницаемости от напряженности поля (ПРИЛОЖЕНИЕ 1). При увеличении напряженности магнитного поля магнитная проницаемость сначала растёт, что связано с увеличением относительного изменения объёмов соседних доменов за счёт смещения доменных границ и за счёт возрастания вклада процессов вращения векторов намагниченности. Далее она достигает максимального значения и затем уменьшается вследствие насыщения магнитной индукции. 3). Зависимость потерь энергии в образце от магнитной индукции (ПРИЛОЖЕНИЕ 3). Зависимость – линейная. По наклону прямой я определил показатель степени  в формуле  . .4). Частотная зависимость потерь энергии в образце (ПРИЛОЖЕНИЕ 4). Зависимость – линейная. Экстраполируя полученную прямую линию к 0 (т.е. до пересечения с вертикальной осью), нашёл потери энергии на гистерезис. . 5). Частотная зависимость эффективной магнитной проницаемости (ПРИЛОЖЕНИЕ 5). С ростом частоты магнитная проницаемость убывает по нелинейному закону. |