Электричество и магнетизм
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
рным занятиям по физике. Под редакцией Л.Л. Гольдина, - М.: Наука, 1983.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12
ПОЛУЧЕНИЕ КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ И ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА
Цель работы:
Получить экспериментальную зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля, определить коэрцитивную силу, остаточную индукцию и построить график зависимости магнитной проницаемости от напряжённости магнитного поля.
Идея эксперимента:
Исследуемым веществом является железо, из которого изготовлен тороид с двумя обмотками. Индукция магнитного поля внутри полого тороида, равна:
, (1)
где n1 число витков на один сантиметр длины первичной обмотки, I1 ток, подаваемый на первичную обмотку тороида. Магнитная индукция связана с напряженностью соотношением:
(2)
Из формулы (1) и (2) получаем, что напряженность магнитного поля
, (3)
где N1 полное число витков первичной обмотки, l- длина средней линии тороида При прохождении переменного тока по первичной обмотке тороида во вторичной обмотке наводится э.д.с. индукции
,
где S - площадь сечения тороида, N2 - число витков во вторичной обмотке, В - индукция в образце.
Чтобы получить на экране осциллографа петлю гистерезиса, нужно на
горизонтально отклоняющие пластины подать напряжение Ux, пропорциональное напряженности Н магнитного поля в образце, а на вертикально отклоняющие пластины - напряжение Uy, пропорциональное магнитной индукции В. За один период синусоидального изменения тока след электронного луча на экране опишет полную петлю гистерезиса, а за каждый последующий период в точности её повторит. Поэтому на экране будет видна неподвижная петля гистерезиса. Изменяя напряжённость поля Н, можно получить на экране последовательно ряд различных по своей площади частных петель гистерезиса. Верхняя точка петли гистерезиса находится на кривой намагничивания. Следовательно, для построения начальной кривой намагничивания необходимо снять с осциллограмм координаты вершин nx и ny петель гистерезиса, а значения Н и В вычислить по формулам (4), (5).
, (4)
где Iэфф - эффективное значение тока, измеряемое амперметром (а на экране осциллографа мы видим амплитудное значение Н);
, (5)
где Uy - амплитудное значение напряжения, определяемое с помощью осциллографа по положению калиброванного указателя УСИЛЕНИЕ У (вольт/дел.).
Теоретическая часть
Всякое вещество является магнетиком, т.е. оно способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). Для характеристики магнитных свойств разных веществ вводят понятие магнитной восприимчивости ?, определяющей величину намагничения единицы объема вещества. В зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости все магнетики разделяют на три группы: 1. диамагнетики, у которых ? отрицательна и мала по абсолютной величине; 2. парамагнетики, у которых ? тоже невелика, но положительна; 3. ферромагнетики, у которых ? положительна и достигает очень больших значений. Кроме того, в отличие от диа- и парамагнетиков, для которых ? постоянна, магнитная восприимчивость ферромагнетиков является функцией напряженности магнитного поля.
Кривая намагничивания.
Характерной особенностью ферромагнетиков является сложная нелинейная зависимость между индукцией В и напряженностью Н. Эта зависимость была установлена А.Г.Столетовым на примере железа. Зависимость индукции В от напряженности магнитного поля Н ферромагнетика имеет вид, показанный на рис. 1 Индукция сначала быстро увеличивается, но по мере намагничивания ферромагнетика, ее нарастание замедляется. По значениям индукции В и напряженности поля Н можно определить намагничение магнетика (магнитный момент единицы объема). Характер зависимости I(H) для ферромагнетиков изображен на рис.2. Намагничение J, подобно индукции, сначала быстро возрастает, но затем наступает магнитное насыщение, при котором намагничение достигает некоторого максимального значения Js и практически перестает зависеть от напряженности поля.
Вследствие нелинейной зависимости B(H) магнитная проницаемость ? =B/ ?0H зависит от напряженности магнитного поля. Кривая зависимости ? (H) (рис. 3) возрастает с увеличением поля от начального значения до некоторой максимальной величины ?max, но затем, после прохождения через максимум, ? уменьшается и асимтотически стремится к значению очень му к нице.
Магнитная восприимчивость ферромагнетика ? =J/H оказывается также непостоянной и зависящей от напряженности поля. Она имеет максимум и при больших полях асимтотически стремится к значению близкому к нулю.
Гистерезис
Положим, что мы намагничиваем первоначально ненамагниченный ферромагнетик и, поместив его внутрь намагничивающей катушки, увеличиваем магнитное поле внутри магнетика от нуля до некоторого значения H1 (рис. 4). Значение индукции в магнетике будет определяться отрезком О1 кривой индукции О1А и изобразится отрезком ординаты ОВ1. Если теперь вновь уменьшать магнитное поле, то уменьшение индукции будет изображаться уже не отрезком кривой индукции 1О, а кривой 1В, и когда поле станет равным нулю, индукция будет равна не нулю, а ОВ'. Ферромагнетик в этом состоянии будет являться постоянным магнитом. Если, далее, изменить направление тока в намагнич?/p>