Измерение петель гистерезиса

Напряжение, подаваемое на вход «Х» осциллографа, пропорционально току (1). Величина тока в соленоиде определяет по формуле (2) напряженность магнитного поля. Значит, величина напряжения, подаваемого на вход «Х» осциллографа, пропорциональна напряженности магнитного поля

(8)

Величина напряжения, подаваемого на вход «У» осциллографа, учитывая (7) и (5), определяется формулой:

(9)

где B –значение магнитной индукции в образце.

Следовательно, амплитуда напряжения U_Y пропорциональна максимальному значению индукции В_m.

Перепишем соотношения (8) и (9) в виде:

(А/м). (10)

(Т). (11)

Таким образом, видно, что измерение магнитного поля и индукции сводится к измерению по осциллографу электрических напряжений U_X и U_Y.

Напряжения U_X и U_Y измеряются по размеру петли гистерезиса на экране осциллографа или, для получения большей точности, вольтметром амплитудных значений.

При градуировке необходимо учитывать следующее. Во-первых, нас интересуют амплитудные значения поля и индукции. Во-вторых, вследствие нелинейной зависимости В(Н), подаваемые на входы осциллографа напряжения могут иметь форму, сильно отличающуюся от синусоиды. Отклонения формы сигнала от синусоиды приводят к фазовым искажениям, роль которых возрастает при высоких частотах. В данной работе питание соленоида осуществляется от сети, т.е. частота намагничивающего поля равна 50 Гц. При такой низкой частоте перемагничивания образца фазовые искажения не играют существенной роли.

Порядок выполнения работы

1. Включить установку в следующем порядке. Ручку регулировки выходного напряжения ЛАТРа вывести в крайнее левое положение (против часовой стрелки), затем присоединить вилки ЛАТРа и осциллографа в розетки. Включить кнопку «Сеть» осциллографа. Дать прогреться приборам в течении 3 минут. Поместить образец в измерительную ячейку внутри соленоида. Ручку регулировки ЛАТРа перевести в среднее положение и настройкой усиления осциллографа по каналам «X» и «Y» добиться четкого изображения петли гистерезиса на экране.

2. Получить и зарисовать с соблюдением масштаба петли гистере-зиса при максимальной амплитуде намагничивающего поля для образцов различных химических составов: Э0,.Э11, Э21, Э31, Э41. Определить ширину петель гистерезиса.

3. По полученным данным рассчитать коэрцитивную силу образцов и величину индукции насыщения. Построить графики зависимости коэрцитивной силы и индукции насыщения от процентного содержания кремния в сплаве.

4. Для одного выбранного образца зарисовать с экрана осциллографа петли гистерезиса В(Н) при различных амплитудах намагничивающего поля: 20 %, 50 %, 100 % от Н_max.

5. Для координат вершин 10-12 частных петель гистерезиса рассчитать соответствующие им величины напряженности магнитного поля и индукции, построить основную кривую намагничивания для выбранного образца В(Н).

6. По полученной основной кривой намагничивания В(Н) определить максимальную магнитную проницаемость  выбранного образца используя формулу:   где _^Гн/м.

4. Требования к оформлению отчета

Отчет должен содержать следующие разделы:

· название,

· цель работы,

· используемые приборы и материалы,

· краткую теоретическую часть, методику измерений,

· экспериментальные данные измерений и расчетов,

· выводы.

Все графические данные должны быть представлены в отчете в единицах магнитного поля, индукции и проницаемости системы СИ.

5. Контрольные вопросы

1. В чем состоит принцип осциллографического метода исследования ферромагнитных материалов?

2. Как и почему изменяется индукция насыщения при легировании железа кремнием?

3. Как и почему изменится коэрцитивная сила сплавов железа с кремнием при увеличении содержания кремния в сплаве?

4. Почему при увеличении содержания кремния в железе потери энергии магнитного поля снижаются?

5. Как измерить потери на перемагничивание с помощью осциллографического метода? Из чего складываются эти потери?

6. В чем заключается явление гистерезиса?

7. Что называется магнитной проницаемостью?

8. Каким образом можно объяснить остаточную намагниченность?

9. Что характеризует коэрцитивная сила ферромагнетика?

 

Список литературы

1. Буравихин В. А. и др. Практикум по магнетизму. М.: Изд. «Высшая школа», 1979. – 66-79 с.­

2. Сидякин В. Г. Техника физического эксперимента. М.: Изд. «ГЭИ», 1970. – 302 с.

3. Кифер И. И. Испытания ферромагнитных материалов. М.-Л., Изд. «ГЭИ», 1965. – 543 с.

4. Чечерников В. И. Магнитные измерения – М., Изд. МГУ, 1969. – 70 с.

5. Кифер И. И., Пантюшин В. С. Испытания ферромагнитных материалов, М.-Л., Изд. «ГЭИ», 1956. – 380 с.

6. Поливанов К. М. Ферромагнетики. М.-Л., Изд. «ГЭИ», 1957. – 302 с.

 

Приложение 1

Параметры установки

 

Сопротивление в цепи соленоида

R= 33 Ом

 

Постоянная соленоида

k= 8000 1/м

 

Параметры интегрирующей схемы

R= 200 кОм

С= 2,0 мкФ

 

Количество витков измерительной катушки

n= 550 витков

 

Размеры образцов

толщина 0,5 мм и 0,35 мм,

ширина 8 мм,

длина 14 см.

 

Приложение 2