Главная | Обратная связь

Лабораторна установка і фізичні основи експерименту

Принципова схема установки для спостереження і зняття петлі гістерезису в змінних магнітних полях показана на рис. 3. Установка складена на основі лабораторного демонстраційного трансформатора. Первинна обмотка трансформатора через опір R₁ приєднана до лабораторного автотрансформатора (ЛАТР).

 

Досліджуваний феромагнетик – це осердя трансформатора, яке виготовлене з пластин магнітного матеріалу, покритих електроізоляційною плівкою для зменшення вихрових струмів.

Напруженість магнітного поля Н у намагнічувальній (первинній) обмотці трансформатора не залежить від наявності в ній магнетика і визначається силою струму І₁ та кількістю витків на одиницю довжини котушки .

. (1)

На вхід “X” осцилографа (див. рис. 3) подається напруга з резистора R₁:

. (2)

Напруженість магнітного поля в намагнічувальній обмотці з урахуванням співвідношень (1) і (2) можна визначити за формулою

, (3)

де .

Як видно з формули (3), напруженість магнітного поля у феромагнітному осерді прямопропорційна напрузі U_х, що подається на вхід “Х” осцилографа.

Вторинна обмотка трансформатора (див. рис. 3) замкнена інтегруючим (R₂, С₂)-ланцюжком.

У первинній обмотці трансформатора проходить змінний електричний струм, тому виникає змінне магнітне поле, яке намагнічує феромагнітне осердя. Магнітна індукція поля в осерді буде теж змінною. Вторинну котушку пронизує змінний магнітний потік

=ВSN₂,

де S - площа витка; N₂ - кількість витків у вторинній обмотці. Внаслідок явища взаємоіндукції у вторинній обмотці виникає змінний індукційний струм I₂ з електрорушійною силою взаємоіндукції:

. (4)

Крім того, у вторинній обмотці виникає явище самоіндукції. За другим правилом Кірхгофа, для замкненого кола вторинної обмотки

, (5)

де Е_с - ЕРС самоіндукції у вторинній обмотці; U_c - напруга на сумарній ємності; R₂ - омічний опір у колі вторинної обмотки. Параметри інтегруючого (R₂, С₂)-ланцюжка підібрані так, що омічним опором самої вторинної котушки і вхідною ємністю осцилографа можна знехтувати. В рівнянні (5) можна знехтувати також доданками Е_с і U_c. За таких наближень це рівняння набуває вигляду:

Е_с=I₂R₂.

З урахуванням рівняння (4) маємо:

.

Звідси .

Після інтегрування одержимо:

, (6)

де q - величина електричного заряду, що проходить через вторинну обмотку за час t. Заряд q і напруга на конденсаторі С₂ пов’язані співвідношенням q=С₂U_с.

Тому

, (7)

де .

З конденсатора С₂ (див. рис. 3) напруга U_с подається на вхід “Y” осцилографа U_c=U_y. Тому згідно з формулою (7), магнітна індукція В поля в осерді трансформатора прямопропорційна напрузі U_с на вході “Y” осцилографа.

Отже, відхилення електронного промення (світлової точки на екрані осцилографа) по горизонталі прямопропорційне Н, а по вертикалі прямопропорційне В. Відбувається додавання двох взаємно перпендикулярних коливань електронного променя відносно положень рівноваги (центра трубки осцилографа). Електронний промінь на екрані буде описувати криву залежності В=f(H). За один період зміни синусоїдального струму слід електронного променя на екрані опише петлю гістерезису. За кожний наступний період траекторія променя повністю повториться. Петля гістерезису на екрані буде здаватись нерухомою. При збільшенні за допомогою ЛАТР значення сили струму в первинній котушці збільшується амплітуда коливань В і Н і за рахунок цього на екрані осцилографа можна спостерігати різні петлі гістерезису.

 

Хід роботи

Прилади і обладнання:установка для дослідження процесу намагнічування феромагнетиків, низькоомний реостат, ЛАТР, осцилограф.

За схемою (див. рис. 3) скласти експериментальну установку. Поставити ручку ЛАТР у крайнє ліве положення, що відповідає нульовому струму намагнічування.

Ввімкнути електронний осцилограф у мережу змінної напруги і дати йому прогрітися. Ручками керування виставити слід електронного променя в центрі екрана осцилографа.

Ввімкнути ЛАТР у мережу змінного струму. За допомогою ЛАТР, збільшувати значення амплітуди сили струму намагнічування від нуля до максимального значення і записати координати крайніх точок (Y₊, X₊) і (Y_–, X_–) петлі гістерезису (в поділках шкали осцилографа) при 8–10 різних значеннях напруги на ЛАТР. Результати записати в табл. 1

Таблиця 1

Вимірювана	Номер вимірювання
величина
X+ X– Xср Y+ Y– Yср Н, А/м В, Тл

 

4. Обчислити середні значення координат крайньої точки петлі гістерезису за різних значень напруги на ЛАТР за формулами:

; . (8)

Результати записати в табл. 1. Рух крайньої точки петлі гістерезису по екрану осцилографа відповідає ходу початкової кривої намагніченості.

5. За формулами

; (9)

обчислити значення напруженості Н намагнічуючого поля і магнітної індукції В магнітного поля в феромагнетику для виміряних точок, що лежать на початковій кривій намагнічування. Результати обчислень занести в табл. 1.

Примітка. чутливості каналів “X” і “Y” осцилографа С_X і С_Y, а також величини для розрахунку коефіціентів К₁ і К₂ даються в паспорті установки.

 

6. За обчисленими значеннями Н_і і В_і та побудувати початкову криву намагнічування.

7. Для граничної петлі гістерезису (при максимальній напрузі на ЛАТР) визначити спочатку в поділках шкали осцилографа координати точок, що відповідають значенням Н_н, В_н, залишкові індукції В_з (точка, де гранична петля гістерезису перетинає вісь Y) і коерцитивні сили Н_к (де гранична петля перетинає вісь Х).

За формулами (9) обчислити значення Н_н, В_н, Н_к. Результати обчислень записати в табл. 2.

8. Оцінити значення початкової магнітної проникності феромагнітної речовини осердя трансформатора

.

Результати занести в табл. 2.

Таблиця 2

m п	Вmax	Вз, Тл	Нк, А/м

 

9. Зробити висновок про матеріал осердя трансформатора.

 

 

Контрольні запитання

Які речовини називаються діа-, пара- і феромагнетиками?

Який фізичний зміст вектора намагніченості?

Відносна магнітна проникність, її значення і особливості для різних типів магнітних речовин.

Які особливості процесу намагнічування для діа-, пара- і феромагнітних речовин?

У чому полягає явище магнітного гістерезису?

Який фізичний зміст коерцитивної сили, залишкової намагніченості, температури Кюрі?

Наведіть приклади застосування феромагнетиків.

Які фізичні основи методу дослідження залежності В(Н) за допомогою електронного осцилографа?

Чому нагрівається осердя трансформатора?

Чому осердя складене із пластин?

Які матеріали використовуються для виготовлення осердь трансформаторів?

 

Література: [1, с. 346–362; 2, с. 242–262].

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.