Электричество и магнетизм

Мы видим, что значение индукции в ферромагнетике определяется не только существующим магнитным полем, но еще зависит от предыдущих состояний намагничивания.

Происходит своеобразное отставание изменения индукции от изменения напряженности поля. Это явление получило название магнитного гистерезиса, а указанная выше петлеобразная кривая зависимости В(Н) при циклическом перемагничивании называе

тся петлей гистерезиса. Из кривых на рис.4 видно, что при устранении намагничивающего поля ферромагнетик сохраняет остаточное намагничение, причем внутри магнетика существует некоторая остаточная индукция В0 (рис. 4). Чтобы уничтожить это остаточное намагничение, внутри ферромагнетика необходимо создать определенное поле, направленное против первоначального намагничивающего поля, изображенного отрезком ОНк. Это поле называется задерживающей или коэрцитивной силой ферромагнетика.

Гистерезис зависит от состава ферромагнетика и его обработки. Для чистого мягкого железа, т.е. отожженного и затем медленно охлажденного, гистерезис выражен слабо и петля гистерезиса очень узка. У закаленной стали гистерезис значителен и петля гистерезиса широкая.

Температура Кюри

Способность ферромагнетиков намагничиваться различна при разных температурах, т.е. их магнитная восприимчивость зависит от температуры. При повышении температуры способность ферромагнетиков намагничиваться уменьшается. При этом падают значения их магнитной восприимчивости и проницаемости при любом значении магнитного поля, ослабляется гистерезис и уменьшается намагничение насыщения Js. При некоторой температуре Тк, называемой температурой Кюри, ферромагнитные свойства исчезают. Температура Кюри различна для разных ферромагнетиков. Например, для кобальта Тк=1323 К, для железа Тк=1043 К, для никеля – 633 К, для гадолиния – 290 К

При температурах выше температуры Кюри, ферромагнетик становится парамагнетиком. Зависимость магнитной восприимчивости χ от температуры для таких парамагнетиков подчиняется закону Кюри-Вейсса, который имеет вид:

,

где С – постоянная, зависящая от рода вещества, ТК – температура Кюри.

Экспериментальная установка

Для получения петли гистерезиса на экране осциллографа ис­пользуется установка, схема которой приведена на рис. 5.

Первичная обмотка тороида питается от источника В-24 через сопротивление R1 переменным током I1 . Напряжение, подаваемое с резистора R1 на горизонтально отклоняющие пластины, с учётом формулы (3) равно

Таким образом, напряжение Ux, подаваемое на горизонтально от­клоняющие пластины, пропорционально Н.

Чтобы напряжение, подаваемое на вертикальный вход осциллографа, было пропорционально индукции магнитного поля В, между вторичной обмоткой и осциллографом ставят интегрирующую цепочку из сопротивления R2, которое подбирается на магазине сопротивлений Р-33 и конденсатора С с магазина емкостей, удовлетворяющую условию, что R2>>1/ωC. Тогда сопротивле­нием конденсатора переменному току можно пренебречь, и сила тока I2 в цепи вторичной обмотки равна:

. (6)

Напряжение на конденсаторе

(7)

Подставляя значение силы тока (6) в формулу (7), получим

Таким образом, на вертикальный вход осциллографа подается на­пряжение Uy, пропорциональное значению магнитной индукции В.

Проведение эксперимента.

1. Собрать схему по рис. 2.

2. После проверки схемы включить осциллограф в сеть. Устано­вить необходимую яркость и оптимальную резкость электронного лу­ча. Вывести луч в центр координатной сетки.

3. Включить в сеть источник питания В-24 и подать переменное напряжение на первичную обмотку тороида

4. Изменяя ток, подаваемый с источника в первичную обмотку, подбирая сопротивление магазина R2 и регулируя усиле­ние, по вертикали с помощью переключателя УСИЛЕНИЕ У, получить на экране петлю гистерезиса, которая имела бы участок насыщения и занимала всю координатную сетку. Зарисовать полученную петлю.

5. Записать показания амперметра и координаты nx и ny вер­шины петли гистерезиса. Определить напряжение Uy. Для этого показание переключателя УСИЛЕНИЕ У умножить на координату ny (дел) с учетом коэффициентом усиления осциллографа.

6. По формулам (4) и (5) вычислить магнитную индукцию В и напряжённость поля Н, соответствующие вершине петли гистерезиса.

7. Уменьшая подаваемое напряжение, постепенно стянуть петлю до минимума, измеряя при этом не менее 10 раз величину тока и соответствующие координаты nx и ny.

8. Для каждого значения тока вычислить значения Н и В.

9. По полученным данным для каждого значения поля вычислить магнитную проницаемость по формуле .

10. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

11. Построить графики функций: B= f(H) и μ=f(H).

12. С помощью графиков определить остаточную индукцию Bо , коэрцитивную силу Нк .

ПРИМЕЧАНИЕ: для расчётов искомых величин использовать следую­щие данные: число витков N1= 200, N2 = 600, длина средней линии тороида l = 354 мм, диаметр тороида d= 12мм.

Контрольные вопросы

1. Магнитное поле и его характеристики. Теория магнитных полей

2. Магнитные свойства вещества. Постоянные магниты. Теория магнетизма.

3. Магнетики и их классификация.

4. Теория ферромагнетизма.

5. Кривая намагничивания.

6. Явления магнитного гистерезиса. Петля гистерезиса, физический смысл площади петли.

7. Какова зависимость магнитной проницаемости от .

8. Как на экране осциллографа получить устойчивую петлю гистерезиса.

9. Применение магнитных материалов.

Литература, рекомендуемая к лабораторной работе:

1. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм.- М.: Высшая школа, 1983.

2. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977.

 Скачать реферат