Файл: Исследование основных характеристик ферромагнетиков.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 66
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМПЕРАТРИЦЫ ЕКАТЕРИНЫ II»Кафедра общей и технической физики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9 «ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЕРРОМАГНЕТИКОВ»Выполнил: студент гр. ИСТ-22-1 Гребенников П.Р. (группа) (подпись) (Ф.И.О.)Проверил: (должность) (подпись) (Ф.И.О.)Санкт-Петербург 2023Цель работы - Исследование основных характеристик ферромагнетиков. Получение кривой намагничивания и зависимости магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля. Определение основных характеристик петли гистерезиса.ОпределенияМагнетики – вещества, способные намагничиваться, то есть любые вещества.Микротоки – микроскопические молекулярные токи, создающие магнитные моменты.Ток намагничивания – ток, создающий собственное магнитное полеДиамагнетики – вещества, у которых магнитные моменты атомов в отсутствии внешнего поля равны нулю. Это происходит из-за того, что магнитные моменты всех электронов в атоме взаимно скомпенсированы.Парамагнетики – вещества, у которых атомы и молекулы имеют собственный магнитный момент даже в отсутствии внешнего поля. Ферромагнетики – вещества, способные сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле.Спонтанная намагниченность – наличие у ферромагнетиков намагниченности при отсутствии внешнего магнитного поля.
Точка Кюри – температура, при которой ферромагнетики теряют свои ферромагнитные свойства.Гистерезис – это явление, при котором величина, характеризующая состояние тела (например, намагниченность) неоднозначно зависит от величин, характеризующих внешние условия (например, индукции магнитного поля).Эффект Баркгаузена – ступенчатый вид зависимости намагниченности от магнитной напряжённости.Законы и соотношения, используемые в работеОсновная кривая намагниченияОсновная кривая намагничивания — кривая, представляющая геометрическое место вершин симметричных петель магнитного гистерезиса, которые получаются при последовательно возрастающих максимальных значениях напряженности магнитного поля.Петля гистерезисаГистерезис - свойство систем (физических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенное к ним воздействие зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией.Эффект БаркгаузенаЭффект Баркгаузена — скачкообразное изменение намагниченности ферромагнитного вещества при монотонном, непрерывном изменении внешних условий, приводящих к изменению доменной структуры материала.Схема установки:L1 – первая катушка, где N1 = 50, l1 = 10 ммL2 – вторая катушка, где N2 = 1200С – конденсатор, емкостью 0,25 мкФ, S = (15*20) мм2R1 – первое сопротивление = 84 ОмR2 – второе сопротивление = 390 кОмОсновные расчётные формулы:Магнитная проницаемость - физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в однородном магнетике отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме.
Таблица 2. Измерение максимальной петли гистерезиса.
Расчёт результатов. 347,77График зависимости магнитной проницаемости от магнитной напряжённости μ(H):Основная кривая намагничивания:Петля гистерезиса:ВыводВ процессе выполнения лабораторной работы были определены максимальные значения напряженности магнитного поля и магнитной индукции, коэрцитивная сила, остаточная индукция и магнитная проницаемость ферромагнетика. Были построены графики, отображающие кривую намагничивания и зависимость проницаемости от напряженности, а также была установлена связь между этими параметрами. Кроме того, была построена петля гистерезиса на основе полученных данных и рассчитана энергия, расходуемая на нагревание ферромагнетика.
Точка Кюри – температура, при которой ферромагнетики теряют свои ферромагнитные свойства.Гистерезис – это явление, при котором величина, характеризующая состояние тела (например, намагниченность) неоднозначно зависит от величин, характеризующих внешние условия (например, индукции магнитного поля).Эффект Баркгаузена – ступенчатый вид зависимости намагниченности от магнитной напряжённости.Законы и соотношения, используемые в работеОсновная кривая намагниченияОсновная кривая намагничивания — кривая, представляющая геометрическое место вершин симметричных петель магнитного гистерезиса, которые получаются при последовательно возрастающих максимальных значениях напряженности магнитного поля.Петля гистерезисаГистерезис - свойство систем (физических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенное к ним воздействие зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией.Эффект БаркгаузенаЭффект Баркгаузена — скачкообразное изменение намагниченности ферромагнитного вещества при монотонном, непрерывном изменении внешних условий, приводящих к изменению доменной структуры материала.Схема установки:L1 – первая катушка, где N1 = 50, l1 = 10 ммL2 – вторая катушка, где N2 = 1200С – конденсатор, емкостью 0,25 мкФ, S = (15*20) мм2R1 – первое сопротивление = 84 ОмR2 – второе сопротивление = 390 кОмОсновные расчётные формулы:Магнитная проницаемость - физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в однородном магнетике отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме.
(1)
Где 
= 4π*10-7
Индукция - возбуждение электрического тока в каком-н. проводнике при движении его в магнитном поле или изменении вокруг него магнитного поля.
(2)
Где R2 – Сопротивление 2, N2 – число витков катушки 2, C – емкость конденсатора, b – цена деления по оси Oy, S – сечение образца, y – координата петли гистрезиса, дел
Напряженность магнитного поля - векторная физическая величина, равная разности векторов магнитной индукции и намагниченности в рассматриваемой точке.
(3)
Где N1 – число витков катушки 1, h - цена деления по Ox, x – кол-во делений по Ox, l1 – длина катушки L1, R1 – сопротивление 1
Исходные данные:
N1 = 50
R2 = 390 кОм
S = (15*20) мм2
N2 = 1200
L1 = 10 мм
h = 5 В/дел
R1 = 84 Ом
С = 0,25 мкФ
Погрешности прямых измерений:
∆x = ∆y = 0,1 дел
Погрешность косвенных измерений:
Погрешность косвенных измерений напряженности магнитного поля.
Погрешность косвенных измерений индукции
Таблицы полученных данных
Таблица 1. Измерение основной кривой намагничения.
| xmax, дел | h, В/дел | Hmax, А/м | ymax, дел | b, В/дел | Bmax, Тл | x', дел | Hк, А/м | y', дел | Bост, Тл | μ |
| 5 | 5 | 1488,09 | 2,4 | 1,0 | 0.65 | 2,1 | 625.00 | 1,30 | 0,352 | 347.77 |
| 4,5 | 5 | 1339,28 | 2,2 | 1,0 | 0,60 | 2,0 | 595,24 | 1,20 | 0,325 | 354.21 |
| 4 | 5 | 1190,48 | 2,1 | 1,0 | 0,57 | 1,9 | 565,48 | 1,10 | 0,298 | 380.37 |
| 3,5 | 5 | 1041,67 | 2,0 | 1,0 | 0,54 | 1,7 | 505,95 | 1,05 | 0,284 | 414.01 |
| 3 | 5 | 892,86 | 3,6 | 0,5 | 0,49 | 1,6 | 476,19 | 2,00 | 0,271 | 434.71 |
| 2,5 | 5 | 744,05 | 3,2 | 0,5 | 0,43 | 1,5 | 446,43 | 1,80 | 0,244 | 463.69 |
| 2 | 5 | 595,24 | 3,0 | 0,5 | 0,41 | 1,3 | 386,90 | 1,50 | 0,203 | 543.39 |
| 1,5 | 5 | 446,43 | 2,1 | 0,5 | 0,28 | 1,0 | 297,62 | 1,20 | 0,162 | 507.17 |
| 1 | 5 | 297,62 | 2,6 | 0,2 | 0,14 | 0,6 | 178,57 | 1,20 | 0,065 | 376.75 |
| 0,5 | 5 | 148,81 | 1,6 | 0,1 | 0,04 | 0,2 | 59,52 | 0,30 | 0,008 | 231.85 |
Таблица 2. Измерение максимальной петли гистерезиса.
| xmax, дел | h, В/дел | H, А/м | yн, дел | Yв, дел | b, В/дел | Bн, Тл | Bв, Тл |
| -5 | 5 | -1488,1 | -2,4 | -2,4 | 1 | -0,677 | -0,677 |
| -4 | 5 | -1190,5 | -2,3 | -2,2 | 1 | -0,622 | -0,569 |
| -3 | 5 | -892,9 | -2,1 | -1,2 | 1 | -0,542 | -0,352 |
| -2 | 5 | -595,2 | -1,8 | -0,1 | 1 | -0,488 | -0,027 |
| -1 | 5 | -297,6 | -1,6 | 0,8 | 1 | -0,433 | 0,217 |
| 0 | 5 | 0 | -1,3 | 1,3 | 1 | -0,352 | 0,352 |
| 1 | 5 | 297,6 | -0,8 | 1,6 | 1 | -0,244 | 0,433 |
| 2 | 5 | 595,2 | -0,2 | 1,8 | 1 | -0,054 | 0,515 |
| 3 | 5 | 892,9 | 1,2 | 2,0 | 1 | 0,298 | 0,569 |
| 4 | 5 | 1190,5 | 2,1 | 2,2 | 1 | 0,569 | 0,623 |
| 5 | 5 | 1488,1 | 2,4 | 2,4 | 1 | 0,677 | 0,677 |
Расчёт результатов. 347,77График зависимости магнитной проницаемости от магнитной напряжённости μ(H):Основная кривая намагничивания:Петля гистерезиса:ВыводВ процессе выполнения лабораторной работы были определены максимальные значения напряженности магнитного поля и магнитной индукции, коэрцитивная сила, остаточная индукция и магнитная проницаемость ферромагнетика. Были построены графики, отображающие кривую намагничивания и зависимость проницаемости от напряженности, а также была установлена связь между этими параметрами. Кроме того, была построена петля гистерезиса на основе полученных данных и рассчитана энергия, расходуемая на нагревание ферромагнетика.