Файл: Отчет по лабораторной работе 11 исследование гистерезиса ферромагнетиков.doc
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 33
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
ОТЧЕТ
ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 11
«ИССЛЕДОВАНИЕ ГИСТЕРЕЗИСА ФЕРРОМАГНЕТИКОВ »
ВЫПОЛНИЛ: МАЦЯС С.И.
ГРУППА: 0113
ФАКУЛЬТЕТ: ФРТ
Санкт-Петербург
2001
Цель работы: изучение магнитного поля в веществе на примере исследования динамической петли магнитного гистерезиса ферромагнетика; определение основных характеристик ферромагнетика.
Приборы и принадлежности: тороидальный трансформатор, измерительная цепь с осциллографом.
Общие сведения. Все вещества являются магнетиками, т.е. способны приобретать во внешнем магнитном поле магнитный момент — намагничиваться.
Намагниченность вещества характеризуется магнитным моментом его единицы объема, называемым вектором намагниченности или просто намагниченностью
,где
— векторная сумма магнитных моментов атомов (молекул) в физически малом объеме 
.Намагниченность характеризует собственное (внутреннее) поле вещества и связана с напряженностью магнитного поля соотношением
,где
— характерная для данного магнстика величина, называемая магнитной восприимчивостью.Основная же (силовая) характеристика магнитного поля — индукция
— связана с намагниченностью 
и напряжснностыо 
магнитного поля в веществе соотношением
(1)
— магнитная постоянная; 
— относительная магнитная проницаемость вещества.
Все магнетики подразделяются на три группы:
1. Диамагнстики — вещества, у которых магнитные моменты каждого атома (молекулы) в отсутствие внешнего магнитного поля равны нулю. Только во внешнем магнитном поле у таких веществ появляется наведенный магнитный момент, направленный против внешнего поля. Поэтому у диамагнетиков
. Само значение 
невелико: 
2. Парамагнетики — вещества, у которых магнитные моменты атомов (молекул) в отсутствие внешнего магнитного нуля отличны от нуля, но их векторная сумма равна нулю, так как различны направления магнитных моментов (главным образом из-за хаотического теплового движения атомов и молекул). Магнитные моменты атомов парамагнетиков во внешнем магнитном поле ориентируются по полю, поэтому у парамагнетиков
и имеет значение 
3. Ферромагнетики — вещества, способные обладать намагниченностыо в отсутствие внешнего магнитного поля. Внутреннее магнитное поле в сотни и тысячи раз превышает вызвавшее его внешнее поле. Величина
и достигает значения 
Для ферромагнетиков характерна нелинейная зависимость между индукцией В и напряженностью Н магнитного поля, так как в этих веществах магнитная восприимчивость , а следовательно, и магнитная проницаемость 
зависят от Н.Зависимость магнитной индукции
в ферромагнетике от напряженности 
периодически изменяющегося со временем внешнего магнитного поля отображается замкнутой кривой (рис. 6.1), называемой динамической петлей магнитного гистерезиса. Участок 1—2—3
соответствует кривой намагничения ферромагнетика, намагниченность которого первоначально была равна нулю. Эта кривая называется основной или нулевой кривой намагничивания.
Форма и площадь петли зависят от скорости изменения
: чем выше частота намагничивающего поля, тем больше потери энергии на перемагничивание и сильнее отставание намагниченности 
и индукции 
от их статического значения при данной величине (магнитная вязкость).При уменьшении напряженности внешнего ноля до нуля намагниченность не исчезает и характеризуется величиной
, называемой остаточной намагниченностью.
Рис. 6.1
Значение индукции
, сохраняющееся при этом у ферромагнетика (рис. 6.1), называется остаточной индукцией. Наличие у магнетика является основой для создания магнитов.Индукция
обращается в нуль лишь под действием поля 
, имеющего направление, противоположное полю, вызвавшему намагничивание. Напряженность называется коэрцитивной силой. Большой коэрцитивной силой обладают «твердые» магнитные материалы, имеющие широкую петлю гистерезиса.Методика эксперимента. В работе изучается гистерезис ферромагнетика при намагничивании в переменном магнитном поле частотой 50 Гц и определяются остаточные индукция
и намагниченность
, коэрцитивная сила
, максимальное значение магнитной проницаемости 
, потери энергии при перемагничивании ферромагнетика.Схема экспериментальной установки показана на рис. 6.2. На кольцевом сердечнике, выполненном из ферромагнетика, имеющем площадь сечения
и длину средней линии 
, размещены две катушки — возбуждающая и индикаторная с числом витков 
и 
, соответственно.Петля гистерезиса наблюдается на экране осциллографа. На
- вход осциллографа подают напряжение 
, пропорциональное току 
, т. е. напряженности 
внутри возбуждающей катушки
(2)Переменное магнитное поле является источником переменного потока магнитной индукции
, пронизывающего витки индикаторной катушки.
Рис. 6.2
В результате в индикаторной катушке возникает ЭДС индукции
, вызывающая ток 
(здесь пренебрегают индуктивным сопротивлением катушки и емкостным сопротивлением конденсатора 
, малыми по сравнению с сопротивлением 
). Этот ток создает на конденсаторе С1 емкостью
напряжение
, (3)которое подается на y - вход осциллографа.
Таким образом, на x - входе осциллографа действует напряжение, пропорциональное напряженности Н, а на y - входе — индукции В магнитного поля, и на экране осциллографа наблюдается кривая, воспроизводящая в некотором масштабе петлю гистерезиса.
Характеристики ферромагнетика определяются по изображению петли гистерезиса на экране осциллографа и значениям цены делений экрана
и 
, выраженным в единицах напряженности 
и индукции 
магнитного поля, соответственно. Значения и , согласно выражениям (2) и (3), равны
и рассчитываются после определения цены делений экрана в единицах напряжения
и 
. Умножением масштабных множителей и на соответствующие размеры, измеренные по изображению петли гистерезиса, определяют значения 
. Величину 
рассчитывают из соотношения (1) подстановкой в него значений 