Изучение свойств ферромагнетика с помощью осциллографа

ОТЧЕТ

По лабораторной работе №14

Изучение свойств ферромагнетика с помощью осциллографа

Выполнил: студент группы РМ-12 ______________ Иванов И.В

Проверил: профессор ______________ Левин Х Х

Санкт-Петербург

Цель работы:

Исследование основных характеристик ферромагнетиков:

1. Получение основной кривой намагничивания и зависимости магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля ферромагнитного образца путем исследования гистерезисной петли на экране осциллографа.

2. Изучение зависимости магнитной проницаемости от частоты .

Общие сведения:

Ферромагнетиками называют вещества, обладающие рядом особенностей:

1) сильное намагничивание в магнитном поле;

2) сохранение намагниченного состояния при отсутствии внешнего магнитного поля;

З) нелинейная зависимость магнитной проницаемости и магнитной индукции от напряжённости магнитного поля :

,

где - магнитная постоянная; - магнитная проницаемость среды.

Свойствами ферромагнетиков обладают металлы переходной группы:Fe, Ni, Со.

Кроме нелинейной зависимости для ферромагнетиков характерно также явление гистерезиса - отставание изменения магнитной индукции (и намагниченности ) в ферромагнетиках от изменения напряженности переменного по величине и направлению внешнего намагничивающего поля. Если размагниченный ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, напряжённость которого непрерывно увеличивается, то магнитная индукция будет возрастать в нём по кривой ОА (рис.1) называемой основной кривой намагничивания.

Рис.1

(рис.1)

Если затем, начиная с некоторой точки А, произвести полный цикл перемагничивания, то есть изменять напряжённость магнитного поля от Н до -Н и от –Н до Н, то значения магнитной индукции В будут изменяться по замкнутой симметричной относительно осей координат В-Н кривой, называемой петлей гистерезиса. Гистерезисная кривая дает информацию о свойствах изучаемого ферромагнетика. Отрезки ОD и ОD', отсекаемые петлей на оси ординат (Н=О), соответствуют остаточной индукции образца. Отрезки ОС и ОС' указывают значение напряженности Н_к внешнего магнитного поля, при котором остаточная индукция спадает до нуля. Напряжённость Н_к называется коэрцитивной силой или коэрцитивным полем. Можно показать, что площадь, охватываемая гистерезисной кривой, пропорциональна энергии перемагничивания ферромагнетика.

Электрическая схема (рис. 2) включает в себя: источник переменного напряжения (Автотрансформатор) и сопротивление R₁ в цепи намагничивающей катушки L₁; вторичную измерительную катушку L₂;(катушки L₁ и L₂ намотаны на общий ферромагнитный сердечник); сопротивление R₂ и конденсатор С в цепи катушки L₂.

(рис. 2)

При изменении силы переменного тока через L₁ будет изменяться и гистерезисная петля, причём вершины всех петель будут лежать на основной кривой намагничивания (рис.3).

(рис.3)

Рис.2

Для получения петли гистерезиса на экране осциллографа необходимо подать на горизонтально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки напряжение U_х, пропорциональное напряженности Н намагничивающего поля, а на вертикально отклоняющие пластины - напряжение U_y, пропорциональное индукции В в исследуемом образце. Тогда за одни период изменения синусоидального тока в катушке L₁ электронный луч на экране опишет полную гистерезисную петлю и в каждый последующий период повторит ее.

При увеличении частоты по закону электромагнитной индукции в проводящем ферромагнетике возрастают вихревые токи, которые, согласно правилу Ленца, создают своё магнитное поле, противодействующее изменению внешнего поля. Поэтому индукция в образце уменьшается, что в соответствии с формулой эквивалентно уменьшению магнитной проницаемости m.

Основные формулы:

Напряженность магнитного поля:

, где - число витков катушки L₁; h – цена деления по осям Ox; - длина катушки L₁; R₁ – сопротивление.

Индукция:

где, N₂ – число витков катушки L₂; R₂ – сопротивление; С – емкость конденсатора; b – цена деления по оси Oy; S – сечение образца.

Магнитная проницаемость:

где

Формулы погрешностей:

Порядок выполнения работы:

Таблица 1. Измерение параметров гистерезисной петли.

xмакс, дел	Hмакс, A/м	yмакс, дел	b, В/дел	Вмакс, Тл	, дел	Hкоэрц, А/м	, дел	Вост, Тл	µ	Dµ
	5000	4,8	0,5	0,066	2	2500	2	2,4	10,729	1,77
4,5	4500	4,5	0,061	1,9	2400	1,9	2,2	11,614
	4000	4,3	0,059	1,8	2300	1,8	2,1	12,739
3,5	3500	4,0	0,055	1,7	2200	1,7	2,0	13,649
	3000	3,7	0,049	1,6	2000	1,6	1,8	14,862
2,5	2500	2,4	0,041	1,5	1800	1,5	1,5	15,287
	2000	1,8	0,031	1,3	1500	1,2	1,1	13,535
1,5	1500	1,4	0,016	1,0	1000	0,8	0,5	11,677
	1000	0,7	0,006	0,5	400	0,3	0,2	6,369
0,5	500	0,1	0,002	0,2	200	0,1	0,1	3,185

Примеры вычислений:

Таблица 2. Измерение параметров гистерезисной петли.

f, Гц	xмакс, дел	Hмакс, A/м	b, В/дел	yмакс, дел	Вмакс, Тл	µ	Dµ
	3	3000	0,5	2,7	0,028	11,2	1,49
	3	3000	2,5	0,024	9,6
	3	3000	2,0	0,018	7,2
	3	3000	1,1	0,012	4,8
	3	3000	0,8	0,01	4

Примеры вычислений:

Расчет погрешностей измерений:

Графики:

Вывод:

Произвел исследование основных характеристик ферромагнетиков, а именно, получил основную кривую намагничивания В=В(Н) и зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля по результатам проведенного опыта. А также получил зависимость магнитной проницаемости от частоты .