Экспериментальная часть

Методика измерений

Для измерения намагниченности насыщения используется магнитометр, схема которого представлена на рис. 7.3. Основной частью установки является электромагнит (ЭМ), питающийся постоянным током от стабилизированного источника (ИТ). Между полюсами электромагнита помещается исследуемый образец. Измерительная катушка (ИК) охватывает образец, а ее выводы подключены к чувствительному милливольтметру (МВ). При удалении ферромагнитного образца из электромагнита в измерительной катушке изменяется магнитный поток, что приводит к возникновению в ней ЭДС индукции, величина которой измеряется милливольтметром. Данные милливольтметра фиксируются компьютером через равные интервалы времени в виде таблицы, а на мониторе компьютера изображается график зависимости напряжения на измерительной катушке от времени. Эти данные позволяют найти величину намагниченности образца.

Для проведения измерений образца при разных температурах внутри электромагнита вмонтирована электрическая печь (П). Температура образца контролируется с помощью электронного термометра (Т).

Намагниченность образца определяют по записанному графику ЭДС в измерительной катушке.

Согласно закону Фарадея величина ЭДС в измерительной катушке связана с изменением магнитной индукции по формуле

e = – nS , (7)

где n – число витков измерительной катушки, S –сечение образца, В – магнитная индукция в образце.

После интегрирования выражения (7) найдем

edt (8)

Таким образом, для определения магнитной индукции в образце B нужно проинтегрировать сигнал e, наведенный в измерительной катушке меняющимся магнитным полем.

edt. (9)

Интегрирование выполняется на компьютера численно, с помощью процедуры описанной в приложении. При интегрировании необходимо учесть, что данные записывались с шагом 1 миллисекунда, а по оси ординат напряжение откладывалось в милливольтах. Размерность вычисленного интеграла будет [В*с] = [Вб] Вебер.

Учитывая (5) и (6) получим индукцию в образце

. (10)

Проведя измерения при разных температурах, строится температурная зависимость индукции в ферромагнетике. По этому графику определяем температуру Кюри ферромагнетика, т.е. температуру при которой индукция в материале образца спадает практически до нуля.

Порядок выполнения работы.

1. Убедиться, что все тумблеры на приборах выключены.

2. Включить пакетный выключатель с левой стороны установки.

3. Включить тумблер «Сеть» источника питания электромагнита.

4. Включить тумблер «Электромагнит», загорается лампочка

5. Вращая ручки «VOLTAGE», установить по амперметру источника питания ток электромагнита 2 А.

6. Включить водяное охлаждение (открыть вентиль, находящийся позади установки, повернув ручку на 90^о против часовой стрелки).

7. Включить компьютер.

8. Открыть папку «Магнитометр» расположенную на рабочем столе и запустить приложение «Project1.exe».

9. В программе измерения нажать кнопку «Стереть».

10. На передней панели установки нажать зелёную кнопку «Запуск измерения», загорается желтая индикаторная лампочка. Затем быстрым, но аккуратным движением вытащить образец из электромагнита. После истечения 5 секунд (после загорания зеленой лампочки) вернуть образец на прежнее место.

Результат измерения изображается на экране монитора компьютера в виде графика зависимости напряжения от времени.

ВНИМАНИЕ! Образец при измерениях сильно нагревается, поэтому его нельзя класть на стол или трогать руками!

11. Полученный график сохранить в файл, нажав кнопку «Запись» и задав имя файла. Записать Имя файла и соответствующую ему температуру измерения.

12. Аналогично произвести измерения намагниченности насыщения при нагреве до 50^о, 100^о, 150^о и т.д. вплоть до 500^о. Для нагрева образца включить клавишу «Печь», загорается лампочка. При достижении требуемой температуры печь выключить и провести измерение образца.

Порядок выключения установки

1. После завершения всех измерений выключить печь.

2. Ток источника питания уменьшить до нуля, после чего отжать кнопку «Сеть».

3. Отключить клавишу «Электромагнит».

4. После охлаждения печи до температуры ниже 100^оС, выключить пакетный выключатель установки.

5. Перекрыть водопроводную воду.

· Полученные файлы данных обработать, для чего провести процедуру численного интегрирования графиков в соответствии с приложением.

· По полученным данным интегрирования рассчитать индукцию в образце при различных температурах.

· построить график зависимости индукции в образце от температуры.

· Найти точку Кюри по графику температурной зависимости индукции.

· Сформулировать выводы по проделанной работе. Определить металл, из которого изготовлен образец.

Параметры установки необходимые для расчетов:

Измерительная катушка 300 витков

Диаметр образца ферромагнетика 3 мм

Контрольные вопросы

1. Что такое ферромагнетик?

2. Какие металлы являются ферромагнетиками?

3. Чему равен магнитный момент электрона?

4. Какими параметрами характеризуются магнитные свойства ферромагнетиков?

5. Какие процессы происходят при намагничивании?

6. Что такое домены?

7. Какова доменная структура у ферромагнетика?

8. Чем определяется температура Кюри?

Приложение

Процедура численного интегрирования графиков.

1. Открыть приложение MS Excel

2. В главном меню открыть окно «Файл», и через команду «Открыть» открыть ваш текстовый файл, установив в окне Тип файла «Все файлы». При этом открывается окно «Мастер текстов (импорт)»

3. В разделе «Формат исходных данных» оставить предложенную по умолчанию (или поставить, если не предложено) метку «с разделителями» и нажать кнопку «Далее»

4. В разделе «Символом разделители является:» поставить метку в окне «пробел», оставив предложенную по умолчанию метку «знак табуляции» Нажать кнопку «Готово»

5. После ввода данных выделите оба столбца и нажмите кнопку «Мастер диаграмм». В открывшемся окне выберите тип диаграммы «Точечная» (см. рис. 7.6) и нажмите кнопку «Далее»

6. После появления диаграммы нажимаете кнопку «Готово»

7. По построенной диаграмме нужно вырезать в таблице полезный импульс. Для этого удалите из обоих столбцов все шумовые значения предшествующие импульсу и все последующие значения (см. рис. 7.7). Для удобства оставшиеся значения переместите в начало таблицы.

8. Для оставшейся части графика нужно выполнить численное интегрирование, заключающееся в суммировании площадей дискретных сегментов, из которых состоит импульс. Например, в интервале времени t ₁- t ₂ амплитуда импульса изменилась от а ₁ до а ₂. Тогда площадь сегмента можно приблизительно определить по формуле (t₂-t₁) * (а ₁ + а ₂)/2 как произведение среднего арифметического от амплитуд на величину интервала времени (см. рис. 7.8).

9. С этой целью в ячейке «С2» свободного столбца таблицы введите формулу “ ”, где А и В соответствующие значения времени t и амплитуды сигнала а.

10. Протяните мышкой выполнение этой формулы для всех нижележащих строк таблицы.

11. В последней ячейке полученного столбца поставьте функцию автосуммирования (кнопка S).

12. Полученное значение суммы S необходимо умножить на единицы измерения по оси Х и по оси Y: е_х =1мс, е_y =1мВ, в результате получим значение интеграла

Int = е_х × е_y × S

13. Выполните аналогичные процедуры интегрирования для других графиков при всех измеренных температурах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для студентов вузов, под ред. Чередниченко В.С. – 5-е изд. – М.: Омега-Л, 2009 – 751 с.

2. Журавлева Л. В. Электроматериаловедение: учебник – 5-е изд. – М.: Academia, 2008 – 352 с.

3. Альмухаметов Р.Ф., Сергеев В.И., Шарипов И.З., Физические свойства твердых тел: учебное пособие –Уфимский гос. авиац. техн. ун-т – Уфа, 2008 – 175 с.

4. Лабораторный практикум по дисциплине "Физические свойства твердых тел" / Сергеев В.И., Шарипов И.З., Альмухаметов Р.Ф. – Уфимский гос. авиац. техн. ун-т, – Уфа: УГАТУ, 2008 – 59 с.

5. Колесов С. Н., Колесов И. С. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебник для студентов электротехнических и электромеханических специальностей ВУЗов – М.: Высшая школа, 2008 — 535 с.

6. Ермаков С.С. Физика металлов и дефекты кристаллического строения: учебное пособие / Ленингр. политехн. ин-т им. М.И. Калинина. – Л.: Изд-во ЛГУ,1989 – 271с.

7. Шарипов И.З. Физика металлов: учебное пособие. – Уфимский гос. авиац. техн. ун-т, Уфа, 2005 – 89 с.

8. Шарипов И.З. Материаловедение: учебное пособие для студентов – Уфимский гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа: УГАТУ, 2009 – 103 с.

9. Электротехнические и конструкционные материалы. Под.ред.. Филикова В.А. – М.: Academia, 2005 – 280 c

10. Коровский Ш.Я. Авиационное электрорадиоматериаловедение. – М.: Машиностроение, 1978. – 384 с.

11. Богодухов С.И., Гребенюк В.Ф., Синюхин А.В. Курс материаловедения в вопросах и ответах: учебное пособие для студентов вузов. – 2-е изд. – М.: Машиностроение, 2005 – 288 с.

12. Тареев Б.М. и др Электрорадиоматериалы – М.: Машиностроение, 1986 – 384 с.

13. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупро-водников и диэлектриков –2-е изд. – М.: МИСИС 2003 – 480 с.

Составитель: ШАРИПОВ Ильгиз Зуфарович

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по дисциплине «Электротехническое материаловедение»

Подписано в печать 07.06.2019 Формат 60х80 1/16.

Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Таймс.

Усл. печ. л. 4,1

Усл. кр. – отт. 4,1 Уч. – изд. л. 4,0

Тираж 50 экз. Заказ №….

ФГБОУ ВО Уфимский государственный авиационный технический университет

Центр оперативной полиграфии УГАТУ