Описание установки и методика измерений

Принципиальная схема установки приведена на рис.4.5. Внутри лабораторного модуля размещается ферритовый сердечник с двумя обмотками, а также печатная плата, которая содержит элементную базу.

Рис. 4.5

К гнездам «PQ» на лицевой панели модуля подключается генератор гармонических колебаний.

Сигнал с гнезд ЭО «Y» подается на усилитель вертикальной развертки, а с гнезд ЭО «Х» снимается напряжение, которое пропорционально току в обмотке N ₁, и подается на усилитель входа «Х» осциллографа.

Суть эксперимента заключается в независимом определении напряженности магнитного поля H в ферромагнетике с помощью закона полного тока и магнитной индукции B на основе использования закона электромагнитной индукции. В работе используется метод наблюдения семейства петель гистерезиса с помощью электронного осциллографа. Для этого на горизонтально отклоняющие пластины подается сигнал пропорциональный H, на вертикально отклоняющие пластины - сигнал пропорциональный B.

Исследуемый ферромагнетик представляет собой тонкое кольцо – тороид с намотанными на него двумя обмотками N ₁ и N ₂. Когда по обмотке N ₁ течет ток, внутри сердечника возникает магнитное поле. Если толщина тороида меньше его диаметра, величину напряженности магнитного поля можно считать постоянной по сечению тороида и равной напряженности в середине сечения.

По закону полного тока получим

,                          (4.6)

где l – длина осевой (средней) линии тороида, I – ток в обмотке N ₁ (число витков в обмотке).

Напряжение U_x = I R ₁ с резистора сопротивлением R ₁, включенного в цепь обмотки N ₁, подается на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа. Измерив значение U_x = a _xx, где a _x (В/дел)– масштабный коэффициент отклонения по горизонтали, х – величина отклонения в делениях, определим ток I и подставим в формулу (4.6). В итоге получим

                  (4.7)

Для определения магнитной индукции в сердечнике наматывается еще одна обмотка с числом витком N ₂. При изменении магнитного потока в сердечнике в обмотке возникает ЭДС индукции

E                   (4.8)

где S – площадь поперечного сечения сердечника.

Параметры схемы подобраны таким образом, что выполняется условие

I ₂ R ₂>> U_c,

где I ₂ – ток в обмотке N ₂, U_c – напряжение на конденсаторе.

Пренебрегая падением напряжения на вторичной обмотке и напряжением на конденсаторе можно записать закон Ома в виде

E                           (4.9)

Учитывая, что  где q заряд конденсатора из (4.8) и (4.9) получим

Проинтегрировав это выражение, найдем

Так как , то окончательно найдем выражение для расчета магнитной индукции

                       (4.10)

где a _y (В/дел)– масштабный коэффициент усилителя по вертикали, у – величина отклонения сигнала на экране осциллографа.