Главная | Обратная связь

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

 

Принципиальная электрическая схема установки представлена на рис. 2. Вся установка смонтирована на вертикальной панели лабораторного стенда и включает в себя следующие узлы: осциллограф С1-83; соленоид L₁, имеющий длину l=100 мм, с числом витков N; силовой трансформатгор Тр1 с двумя обмотками, изготовленный на тороидальном сердечнике. На трасформаторе одна обмотка – сетевая многослойная, занимающая часть кольца, другая – однослойная, по которой может скользить угольный токосъемник СК, позволяющий снять напряжение от 0 до 30 В.

Рис. 2

 

Это напряжение прикладывается к катушке L₁ соленоида. Внутри соленоида во всю его длину помещена изоляционная трубка, на которой намотаны две одинаковые (по числу витков) соединенные катушки L₂ и L₃. В одну из катушек (L₃) может помещаться ферромагнитный образец. В отсутствие образца суммарная ЭДС, наводимая в катушках, равна нулю благодаря тому, что они включены навстречу друг другу. При помещении образца в L₃ в катушках возникает результирующая ЭДС, пропорциональная намагниченности образца. В цепь питания катушки L₁ включен резистор R₁=1 Ом, напряжение с которого подается на вход «Х» осциллографа. Это напряжение пропорционально напряженности магнитного поля Н в соленоиде, контролируется вольтметром переменного тока V. Концы индукторных катушек L₂ и L₃, на которых возникает ЭДС индукции, подключаются через интегрирующую цепь R₂C₁ к входу «Y» осциллографа.

Числовые данные схемы таковы: N₂=N₃=0,1N₁ (N₁=1000 витков), R₁=250 кОм, C₁=0,1 мкФ, постоянная цепочки t=0,025 с.

В схеме допускается замена вольтметра, включенного параллельно R₁, на амперметр, включенный последовательно с R₁.

Зависимость магнитной индукции в ферромагнетиках от напряженности намагничивающе-го поля B=f(H) не является однозначной и характери-зуется петлей гистерезиса (рис. 3). Если намагничива-ние образца не доводить до насыщения, а затем умень-шать напряженность магнит-ного поля, то можно полу-чить частную петлю гистере-зиса. Вершины частных петель лежат на начальной кривой намагничивания.

 

Рис. 3

 

Зависимость В от Н, полученная по начальной кривой намагничивания, позволяет определить зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля m(Н). Кривые гистерезиса, начальная кривая намагничивания и магнитная проницаемость являются важнейшими характеристиками ферро-магнетиков. С помощью кривой магнитного гистерезиса можно определить гистерезисные потери, связанные с выделением тепла при перемагничивании образца.

Чтобы получить на экране осциллографа петлю гистерезиса, нужно на горизонтально отклоняющие пластины «Х» подать напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля в образце, а на вертикально отклоняющие пластины «Y» – напряжение, пропорциональное магнитной индукции.

В схеме, изображенной на рис. 2, на горизонтально отклоня-ющие пластины осциллографа подается напряжение с резистора R₁=1 Ом. Это напряжение, пропорциональное напряженности Н магнитного поля, можно обозначить через U_Х.

Во вторичных обмотках L₂ и L₃ возникает ЭДС индукции. Для того чтобы получить сигнал, пропорциональный индукции магнитного поля, между вторичной обмоткой и осциллографом ставят интегрирующую цепь с постоянной времени R₂C₁>T (Т=0,02 с – период переменного тока). После этого напряжение, снимаемое с конденсатора, будет пропорционально индукции магнитного поля.

Таким образом, на одни пластины осциллографа подается напряжение , пропорциональное Н, а на другие – пропорциональное В.

За один период синусоидального изменения тока след электронного луча на экране опишет полную петлю гистерезиса, а за каждый последующий период в точности ее повторит. Поэтому на экране будет видна неподвижная петля гистерезиса.

Изменяя ток в соленоиде, можно получить на экране последовательно ряд различных по своей площади петель гистерезиса (рис. 3). Верхняя точка каждой петли (точка А) лежит на начальной кривой намагничивания. Следовательно, для построения начальной кривой намагничивания необходимо снять с осциллограммы координаты В и Н вершин петель гистерезиса. Координаты В и Н можно определить из соотношений:

 

и ,

где X и Y – координаты точек A_i петли;

a и b – соответствующие значения цены деления по координатам Х и Y. Эти значения возможно рассчитать, исходя из параметров лабораторной схемы:

 

и (размерность в СИ).

Работа перемагничивания образца (при совершении полного цикла, отображаемого петлей гистерезиса) равна:

 

. (11)

Эта работа (гистерезисные потери) связана с выделением тепла при перемагничивании образца, и в системе СИ определяется площадью петли гистерезиса. Таким образом, площадь петли гистерезиса есть мера потерь энергии в единице объема за один цикл перемагничивания. При частоте перемагничивания n потери в единице объема за единицу времени равны

 

, (12)

где F – поток вектора магнитной индукции.

Цена деления масштабной шкалы осциллографа в направлении Н равна a, в направлении оси В – b. Тогда площадь одной клетки в энергетических единицах будет a´b. Если петля гистерезиса содержит g клеток, то площадь ее равна

 

. (13)

Таким образом, потери энергии

 

. (14)

 

Значение W выражается в Дж/м³с.