Снятие кривой намагничевания парамагнетика (стр. 1 из 2)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Лабораторна робота №

з курсу «Зняття кривої намагнічування феромагнетику»

Варіант №

Виконав

студент групи

Перевiрив

Донецьк 2010

Лабораторная работа №1

СНЯТИЕ КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА

Цель работы – Экспериментальным путем построить кривую намагничивания ферромагнетика и с ее помощью установить зависимость магнитной проницаемости от напряженности намагничивающего магнитного поля.

Приборы и принадлежности: ЛАТР, цифровой вольтметр В7-21А, исследуемый образец из низкоуглеродистой стали, трансформатор.

Основные теоретические положения

По своими магнитными свойствами вещества делятся на слабомагнитные и сильномагнитные. К первым, в основном, принадлежат парамагнетики и диамагнетики, а к другим - ферромагнетики. Парамагнетики и диамагнетики при отсутствии магнитного поля всегда не намагничены. В слабых полях их намагниченность J линейно зависит от напряженности магнитного поля J = χH, причем магнитная восприимчивость χ постоянная и не зависит от Н.

Ферромагнетиками называются твердые тела, которые имеют намагниченные участки (домены) даже при отсутствии магнитного поля. Необходимый признак ферромагнетиков - наличие постоянных (не зависящих от Н) орбитальных и спиновых магнитных моментов электронных оболочек у атомов или ионов, из которых образуется вещество. Для ферромагнетиков зависимость J от H (или В от Н) носит сложный характер. Ниже на рисунке приведены зависимости этих величин для изначально не намагниченного ферромагнетика (основная или нулевая кривая намагничивания).

Рисунок 1 – Зависимость намагниченности J и магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н для ферромагнетика

Видно, что при некоторой напряженности поля H_m намагниченность достигает насыщение J_S, причем насыщение наступает уже в слабых магнитных полях. Из-за того, что В связано с Н соотношением В = μ_o(H + J), то после достижения насыщения (точка 1 на рис.1) индукция продолжает возрастать по линейному закону B = μ_оH + const, где const = μ_oJ_S. Из-за нелинейности зависимости между J и Н и В и Н для ферромагнетиков нельзя ввести магнитную восприимчивость χ и магнитную проницаемость μ как определенные постоянные величины. В случае ферромагнетиков χ и μ есть функциями напряженности поля Н. На рис.2 приведена типичная для ферромагнетиков зависимость μ(Н). Видно, что при Н=0 магнитная проницаемость большее 1. Эта так называемая начальная магнитная проницаемость. При увеличении Н функция μ(Н) возрастает и достигает максимума (максимальная магнитная проницаемость), а потом в сильных магнитных полях, если достигается состояние насыщения, μ уменьшается до

единицы.

Рисунок 2 – Зависимость магнитной проницаемости μ от напряженности магнитного поля Н для ферромагнетиков

При обычных температурах для большинства ферромагнетиков μ в максимуме имеет значение порядка сотен и тысяч единиц, что является характерной особенностью этого класса магнитных материалов.

Начальная и максимальная магнитные проницаемости, а также остаточная намагниченность и коэрцитивная сила являются основными характеристиками материала ферромагнетика, которые зависят от его химического состава и внутреннего строения.

Методика определения кривой намагничивания

Материалом для исследований в данной работе является низкоуглеродистая сталь, из которой изготовлен сердечник трансформатора. Первичная обмотка трансформатора питается от ЛАТРа через сопротивление R₁ переменным током I₁. Напряженность магнитного поля внутри обмотки трансформатора равняется Н = n₁I₁, где n₁- число витков на 1 м длины магнитопровода, а I₁ – ток в первичной обмотке трансформатора. Соответственно, напряжение на сопротивлении R₁ будет пропорционально напряженности магнитного поля Н.

(1)

Во вторичной обмотке трансформатора источником тока есть ЕДС (электродвижущая сила) индукции. ЕДС индукции равняется

где dФ – изменение потока вектора магнитной индукции через поверхность, охватываемую всеми витками вторичной обмотки. Если S - площадь, охватываемая одним витком, а N₂ - количество витков, то Ф = ВSN₂ и

(2)

Напишем закон Ома для вторичной цепи, пренебрегая самоиндукцией вторичной обмотки

(3)

где

(4)

Здесь U_С- напряжение на конденсаторе, q - заряд конденсатора. Если сопротивление R₂ большое, то первым слагаемым справа в (3) можно пренебречь. Тогда

откуда

Подставляя значения I в выражение (4), получим, что напряжение, которое снимается с конденсатора С пропорционально В

(5)

Таким образом, на сопротивлении R₁ напряжение будет пропорциональным напряженности магнитного поля Н, а на конденсаторе С – пропорциональным индукции магнитного поля В.

Увеличивая потенциометром П (рис.3) напряжение на первичной обмотке трансформатора, будет увеличиваться амплитуда колебаний напряженности магнитного поля Н и, соответственно, будет возрастать амплитуда колебаний индукции магнитного поля В.

Рисунок 3 – Принципиальная схема установки для снятия кривой намагничивание ферромагнетика

Максимальные значения Н и В за период колебания тока будут отвечать определенной точке на кривой намагничивания. Итак, для построения кривой намагничивания необходимо снять координаты x и y этих точек при постепенном увеличении напряжения питания трансформатора и вычислить значения Н і В по формулам

Здесь

в формулах появилось из-за разности между напряжением амплитудным и действующим, которое и измеряет любой вольтметр.

Порядок выполнения работы

1. Собрать установку по схеме черт.3

2. Установить регулятор потенциометра ЛАТРа на нуль, включить питания и подать на трансформатор минимально возможное напряжение.

3. Снять показания с двух цифровых вольтметров (U_X и U_Y), результаты занести к таблице

№ п/п	U_X, мВ	Н, А/м	U_Y, мВ	В, Тл	μ
1	3,1	93,53	0,84	0,02	170,16
2	9,3	280,62	2,53	0,06	170,15
3	10,5	316,83	2,97	0,07	175,81
4	12,4	374,16	3,69	0,09	191,41
5	17,5	528,05	5,8	0,14	210,98
6	25,2	760,38	8,6	0,22	230,24
7	31,3	944,45	10,98	0,27	227,5
8	42,6	1285,41	14,92	0,37	229,06
9	60,1	1813,46	20,35	0,51	223,79
10	77,2	2329,43	27,1	0,68	232,34
11	106,1	3201,46	34,83	0,87	216,25
12	162	4888,19	46,3	1,16	188,84
13	190,2	5739,09	48,7	1,22	169,16

4. На основании полученных данных вычислить соответствующие значения Н і В, а также μ. Результаты вычислений также занести к таблице.