Лабораторная работа Э-10
ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ФЕРРОМАГНЕТИКА ОТ НАПРЯЖЁННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Цель работы: построение графика зависимости магнитной проницаемости ферромагнетика от напряжённости магнитного поля m = f (H) и основной кривой намагничивания B = f (H).
Ферромагнетики – это вещества, обладающие особыми магнитными свойствами (железо, кобальт, никель, их сплавы). К особым свойствам относится, в первую очередь, нелинейная зависимость индукции 
магнитного поля внутри ферромагнетика от напряжённости намагничивающего поля 
. Это значит, что магнитная проницаемость m ферромагнетиков, характеризующая их магнитные свойства, также является функцией напряжённости магнитного поля.
Рассмотрим замкнутую тороидальную катушку, имеющую ферромагнитный сердечник. По причине, указанной выше, те характеристики катушки, которые связаны с магнитной проницаемостью сердечника, будут зависеть от значения H.
К таким характеристикам относятся, например, индуктивность катушки
(10.1)
и её индуктивное сопротивление переменному току
, (10.2)
где m0 – магнитная постоянная; N – число витков, S – площадь поперечного сечения сердечника; l – длина средней осевой линии сердечника; w – циклическая частота переменного тока.
Описание метода исследования
В данной работе измерение магнитной проницаемости сердечника m основано, согласно формуле (10.1), на измерениях индуктивности L катушки и её геометрических параметров N, l и S. Для определения индуктивности достаточно измерить индуктивное сопротивление катушки переменному току известной частоты w. Полное сопротивление катушки переменному току
, (10.3)
так как на частоте свыше 200 Гц обычно R << XL, и активным сопротивлением катушки R можно пренебречь.
|
|
Закон Ома позволяет определить величину Z путём измерений тока I и напряжения U на участке цепи, содержащем катушку
. (10.4)
Расчётная формула для определения магнитной проницаемости, полученная
с использованием выражений (10.1), (10.3), (10.4), имеет следующий вид:
, (10.5)
где 
– постоянная установки.
Напряжённость магнитного поля, которое создаётся в кольцевом сердечнике при протекании по обмотке тока I, можно рассчитать по формуле
. (10.6)
Таким образом, каждому значению тока I соответствуют опредёленная напряжённость магнитного поля H, магнитная проницаемость сердечника m и индукция магнитного поля B:
. (10.7)
Определяя величины H, m и B при различных токах, можно экспериментально установить следующие зависимости:
a) B = f (H) – зависимость магнитной индукции от напряжённости магнитного поля (основная кривая намагничивания ферромагнетика);
б) m = f (H) – зависимость магнитной проницаемости сердечника от напряжённости магнитного поля.
Описание установки
Оборудование: миниблоки «Ферромагнетик», «Сопротивление», генератор сигналов специальной формы, мультиметры.
Электрическая схема установки показана на рис. 10.1, монтажная – на рис. 10.2.
Рис. 10.1. Электрическая схема:
1 – генератор сигналов специальной формы; 2 – мультиметр (режим A 
200 mA, входы COM, A); 3 – блок «Сопротивление», R 0 = 100 Ом; 4 – мультиметр (режим V 
2 V, входы COM, VW); 5 – кольцевой сердечник с обмотками N 1 и N 2; 6 – блок «Ферромагнетик»
На кольцевой сердечник 5, изготовленный из исследуемого ферромагнитного материала, намотаны N 1 проволочных витков. Эта обмотка, по которой пропускают переменный ток частоты более 200 Гц, служит для намагничивания магнетика. По параметрам обмотки определяют напряжённость H намагничивающего поля. Генератор напряжений специальной формы 1 позволяет изменять напряжение U, и ток I в обмотке тороида. Эти величины измеряют соответственно вольтметром 4 и миллиамперметром 2.
|
|
Рис. 10.2. Монтажная схема:
обозначения 2, 3, 4, 6 – см. рис. 10.1
Выполнение работы
1. Заполнить табл. 10.1 (см. бланк отчёта).
2. Собрать электрическую цепь по монтажной схеме, приведённой на рис. 10.2.
Включить в сеть блоки питания генераторов напряжений и мультиметров. Нажать кнопку «Исходная установка».
3. Кнопками «Установка частоты 0,2 – 20 кГц» установить любую частоту n от 200 Гц до 500 Гц. Записать значение n в табл. 10.2.
4. Кнопками «Установка уровня выхода 0 … 15 В» генератора сигналов установить в обмотке тороида указанные в табл. 10.2 токи I и измерить для каждого из них значение напряжения U. Результаты записать в табл. 10.2 (см. бланк отчёта). Рекомендуется проводить измерения с шагом 2–3 мА при токах I до 10 мА и с шагом 5–10 мА при токах I свыше 10 мА.
5. Выключить из сети блоки питания генераторов напряжений и мультиметров.
Обработка результатов измерений
1. Вычислить по формуле (10.5) постоянную установки b.
2. По формулам (10.5), (10.6) и (10.7) для каждого значения тока рассчитать величины H, m и B. Результаты расчётов записать в табл. 10.2.
3. По данным табл. 10.2 построить основную кривую намагничивания B = f (H) и график зависимости m = f (H).
|
|
4. В выводе по работе отразить особенности формы опытных кривых:
a) сопоставьте ход кривой намагничивания с положением максимума на графике m = f (H).
б) сравните полученные кривые с известными теоретическими и экспериментальными зависимостями.
5. Оформить отчёт о выполнении работы в соответствии с прилагаемым образцом.
ОТЧЁТ
По лабораторной работе
«Изучение зависимости магнитной проницаемости ферромагнетика
от напряжённости магнитного поля»
Исполнитель: студент(ка) гр._____
Цель работы: ....
Краткое описание метода исследования:....
Расчётные формулы: (объяснить входящие в формулы физические величины и указать их наименование в СИ) ….
Оборудование:....