Электричество и магнетизм изучение свойств ферромагнетиков (стр. 11 из 14)
а) б) в) г)
Рис.5.4
Железный кубик помещен в магнитное поле индукции
, параллельное одной из его диагональных плоскостей (рис.5.4, а). Это поле образует с направлениями намагничивания в смежных областях углы 
и 
. Пусть угол будет меньше, чем угол . При этом области, которым соответствует угол будут расти за счет областей с углом и при этом разделяющая стенка 2 будет перемещаться вправо (рис.5.4, б). На (рис.5.4, в) имеется только две области, направление намагничивания которых расположены симметрично относительно оставшейся разделительной стенки 1. При дальнейшем увеличении индукции внешнего поля начинается новый процесс: направление вектора намагничивания изменяется и приближается к направлению внешнего поля. Этот "процесс поворота" заканчивается, когда весь кристалл равномерно намагнитится, т.е. наступает насыщение.Методика эксперимента
Схема установки изображена на рис.5.5:
"ЛАТР"
Рис.5.5
Исследуемый образец ферромагнетика представляет сердечник тороидальной катушки с площадью поперечного сечения
и двумя обмотками 1 и 2, число витков которых 
и 
. Если ток в первичной обмотке , то напряженность магнитного поля на оси тороида, длина окружности которого по средней линии 
: 
, (5.7)Напряжение
, снимаемое с сопротивления, подается на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, причем: 
, (5.8)пропорционально напряженности поля
.Электродвижущая сила, наведенная во вторичной обмотке, определяется по закону Фарадея
, (5.9)т.к
, где 
- магнитный поток.Для цепи, содержащей обмотку 2, по закону Ома имеем:
, (5.10) 
, (5.11)Если подбором элементов цепи выполнить условия
, то 
, (5.12)откуда напряжение
, (5.13)пропорционально индукции поля и подается на вертикально отклоняющие пластины осциллографа.
Таким образом, зависимость
, то есть петли гистерезиса, с точностью до масштабных коэффициентов воспроизводится зависимостью 
на экране осциллографа.Для определения масштабных коэффициентов осуществляется градуировка осей
и 
осциллографа в такой последовательности.Пересчет масштаба
в величину 
(Т/дел) осуществляется по формуле, получаемой из (5.13) 
, (5.14)После этого напряжение подается на вход
осциллографа. По отклонению луча масштаб горизонтальной оси в (А /дел) определяется по формуле: 
, (5.15)где
- координата точки 
в делениях масштабной сетки экрана.Порядок выполнения работы
Включить установку и осциллограф. С помощью ручек ЛАТРа на панели блока и " УСИЛЕНИЕ" на панели осциллографа добиться, чтобы петля гистерезиса занимала значительную часть экрана, имела участок насыщения и была симметричной относительно начала координат.
Измерить в делениях масштабной сетки координаты вершины петли и координаты точек пересечения петли с осями
и .Уменьшая ручкой ЛАТРа ток через катушку, зарегистрировать координаты вершин 5.6 петель, каждый раз обращая внимание на их симметричное расположение относительно начала координат. Все наблюдаемые в п.2 и 3 петли перенести на кальку, обозначая оси координат.
Произвести калибровку осей
и У осциллографа.Ось
откалибрована. Масштаб вертикальной сетки (В/дел) устанавливается органом управления усилителя: "V/дел) - переключатель вертикального отклонения расположен на передней панели осциллографа. Цена деления в единицах индукции (Тл/дел) рассчитывается по формуле (5.14).Калибровка оси
. Значение измерить в делениях масштабной сетки, затем подключить ко входу У напряжение и измерить высоту вертикальной линии 
. Масштаб вертикальной сетки (В/дел) устанавливается переключателем "V\дел). Полученные значения , и (В. /дел) подставляем в (5.15). Расчет дает цену деления оси в единицах напряженности поля ( (А\м) дел).Обработка результатов эксперимента
1. В координатах
построить кривую намагничения.По максимальной петле гистерезиса определить остаточную индукцию
и коэрцитивную силу 
, а по формуле (5.6) - предельную магнитную проницаемость: 
Измерить площадь предельной петли гистерезиса
в делениях масштабной сетки осциллографа и рассчитать потери энергии за цикл перемагничивания по формуле: