Файл: Лабораторная работа 1. Основные свойства электрорадиоматериалов 1 Краткая теория.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 78
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
?
При расчетах воспользоваться справочными данными [2] и результатами предыдущих расчетов.
Исходные данные приведены в таблице 1.4. (Приложение 1)
Рисунок 1 Электрическая схема линии электропередачи
. (1.5)
Тогда, если изоляция повреждена на расстоянии x от источника напряжения, то
. (1.6)
x=R/(4ρ1)+L/2.
Магнетики — материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в других физических явлениях — изменение физических размеров, температуры, проводимости, возникновению электрического потенциала и т. д.
Магнитные материалы делят на слабомагнитные и сильномагнитные.
К слабомагнитным относят диамагнетики и парамагнетики.
К сильномагнитным – ферромагнетики, которые, в свою очередь, могут быть магнитомягкими и магнитотвердыми. Формально отличие магнитных свойств материалов можно охарактеризовать относительной магнитной проницаемостью.
Диамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых не обладают результирующим магнитным моментом. Внешне диамагнетики проявляют себя тем, что выталкиваются из магнитного поля. К ним относят цинк, медь, золото, ртуть и другие материалы.
Парамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых обладают результирующим магнитным моментом, не зависящим от внешнего магнитного поля. Внешне парамагнетики проявляют себя тем, что втягиваются в неоднородное магнитное поле. К ним относят алюминий, платину, никель и другие материалы.
Ферромагнетиками называют материалы, в которых собственное (внутреннее) магнитное поле может в сотни и тысячи раз превышать вызвавшее его внешнее магнитное поле.
Любое ферромагнитное тело разбито на домены – малые области самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. В отсутствие внешнего магнитного поля, направления векторов намагниченности различных доменов не совпадают, и результирующая намагниченность всего тела может быть равна нулю.
Существует три типа процессов намагничивания ферромагнетиков:
1. Процесс_обратимого_смещения'>Процесс обратимого смещения магнитных доменов. В данном случае происходит смещение границ доменов, ориентированных наиболее близко к направлению внешнего поля. При снятии поля домены смещаются в обратном направлении. Область обратимого смещения доменов расположена начальном участке кривой намагничивания.
2. Процесс необратимого смещения магнитных доменов. В данном случае смещение границ между магнитными доменами не снимается при снижении магнитного поля. Исходные положения доменов могут быть достигнуты в процессе перемагничивания.
Необратимое смещение границ доменов приводит к появлению магнитного гистерезиса – отставанию магнитной индукции от напряженности поля.
3. Процессы вращения доменов. В данном случае завершение процессов смещения границ доменов приводит к техническому насыщению материала. В области насыщения все домены поворачиваются по направлению поля. Петля гистерезиса (рис 1.), достигающая области насыщения называется предельной.
Рисунок 1. Петля гистерезиса
Предельная петля гистерезиса имеет следующие характеристики: Bmax – индукция насыщения; Br – остаточная индукция; Hc - задерживающая (коэрцитивная) сила.
Материалы с малыми значениями Hc (узкой петлей гистерезиса) и большой магнитной проницаемостью называются магнитомягкими.
Материалы с большими значениями Hc (широкой петлей гистерезиса) и низкой магнитной проницаемостью называются магнитотвердыми.
При перемагничивании ферромагнетика в переменных магнитных полях всегда наблюдаются тепловые потери энергии, то есть материал нагревается. Эти потери обусловлены потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи. Потери на гистерезис пропорциональны площади петли гистерезиса. Потери на вихревые токи зависят от электрического сопротивления ферромагнетика. Чем выше сопротивление – тем меньше потери на вихревые токи.
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы
К магнитомягким материалам относят:
1. Технически чистое железо (электротехническая низкоуглеродистая сталь).
2. Электротехнические кремнистые стали.
3. Железоникелевые и железокобальтовые сплавы.
4. Магнитомягкие ферриты.
Магнитные свойства низкоуглеродистой стали (технически чистого железа) зависят от содержания примесей, искажения кристаллической решетки из-за деформации, величины зерна и термической обработки. По причине низкого удельного сопротивления технически чистое железо в электротехнике используется довольно редко, в основном для магнитопроводов постоянного магнитного потока.
Электротехническая кремнистая сталь является основным магнитным материалом массового потребления. Это сплав железа с кремнием. Легирование кремнием позволяет уменьшить коэрцитивную силу и увеличить удельное сопротивление, то есть снизить потери на вихревые токи.
Листовая электротехническая сталь, поставляемая в отдельных листах или рулонах, и ленточная сталь, поставляемая только в рулонах - являются полуфабрикатами, предназначенными для изготовления магнитопроводов (сердечников).
Магнитопроводы формируют либо из отдельных пластин, получаемых штамповкой или резкой, либо навивкой из лент.
Железоникелевые сплавы называют пермаллоями. Они обладают большой начальной магнитной проницаемостью в области слабых магнитных полей. Пермаллои применяют для сердечников малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей и реле.
Ферриты представляют собой магнитную керамику с большим удельным сопротивлением, в 1010 раз превышающим сопротивление железа. Ферриты применяют в высокочастотных цепях, так как их магнитная проницаемость практически не снижается с увеличением частоты.
Недостатком ферритов является их низкая индукция насыщения и низкая механическая прочность. Поэтому ферриты применяют, как правило, в низковольтной электронике.
К магнитотвердым материалам относят:
1. Литые магнитотвердые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al.
2. Порошковые магнитотвердые материалы, получаемые путем прессования порошков с последующей термообработкой.
3. Магнитотвердые ферриты. Магнитотвердые материалы – это материалы для постоянных магнитов, использующихся в электродвигателях и других электротехнических устройствах, в которых требуется постоянное магнитное поле.
К основным магнитным характеристикам материалов относятся:
Магнитная восприимчивость к атомов величина, характеризующая связь намагниченности вещества J с напряженностью магнитного поля Н:
к = J/H. (2.1.)
Уравнение (2.1.) не распространяется на ферромагнетики.
Магнитная восприимчивость может быть как положительной, так и отрицательной. Отрицательной магнитной восприимчивостью обладают диамагнетики (они намагничиваются против поля) положительной − парамагнетики и ферромагнетики, (они намагничиваются по полю).
Магнитная восприимчивость характеризует способность веществ к намагничиванию под действием магнитного поля. Она определяется, главным образом, содержанием ферромагнитных включений, а также их формой, размером и расположением относительно друг друга. Магнитная восприимчивость одного и того же вещества меняется в зависимости от величины магнитного поля и его магнитной предыстории, так как в процессе намагничивания в ферромагнитных включениях могут происходить обратимые и необратимые явления. С учетом последнего различают обратимую и необратимую магнитную восприимчивость.
Магнитная индукция В − среднее результирующее магнитное поле вещества, представляющее собой среднее значение суммарной напряженности микроскопических магнитных полей, созданных отдельными электронами и другими элементарными частицами, Тл:
В = µo(H + J) , (2.2)
где µo= 1,257.10-6 Гн/ м − магнитная постоянная.
Магнитная проницаемость µ − величина, показывающая, во сколько раз увеличивается (уменьшается) магнитная индукция в веществе при воздействии магнитного поля напряженностью Н.
Магнитная проницаемость ферромагнетиков сложно зависит от Н. Различают (рис. 2.2) начальную магнитную проницаемость µн, измеряемую в очень слабых магнитных полях − при значениях напряженности магнитного поля Н, близких к нулю, и максимальную магнитную проницаемость µм.
Рисунок 2.2. Кривая намагничивания
Параметрами магнитной проницаемости являются: относительная магнитная проницаемость µ. И абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м:
µа = µо µ. (2.3)
Между величинами магнитной восприимчивости и магнитной проницаемости существует зависимость:
к = µ - 1. (2.4)
Графическое изображение зависимости намагниченности ферромагнетика от напряженности внешнего магнитного поля называется кривой намагничивания (см. рис. 2.2). Кривые намагничивания определяют характеристики магнитных материалов и служат для расчетов магнитных цепей электромагнитов, магнитных пускателей, реле и других электротехнических устройств и приборов.
При расчетах воспользоваться справочными данными [2] и результатами предыдущих расчетов.
Исходные данные приведены в таблице 1.4. (Приложение 1)
-
Нарисовать электрическую схему линии электропередачи с указанием предполагаемого места повреждения изоляции.
Рисунок 1 Электрическая схема линии электропередачи
-
До повреждения изоляции ток в линии электропередачи рассчитывается по
. (1.5)Тогда, если изоляция повреждена на расстоянии x от источника напряжения, то
. (1.6)-
определяется из (1.4.). -
Подставляем n1, n2 и выражение для I (Закон Ома). -
Приходим к решению (получение выражения предоставить)
x=R/(4ρ1)+L/2.
-
Построить графики зависимости x от n1 и n2
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2.1 Краткая теория
2.1.1 Классификация магнитных материалов
Магнетики — материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в других физических явлениях — изменение физических размеров, температуры, проводимости, возникновению электрического потенциала и т. д.
Магнитные материалы делят на слабомагнитные и сильномагнитные.
К слабомагнитным относят диамагнетики и парамагнетики.
К сильномагнитным – ферромагнетики, которые, в свою очередь, могут быть магнитомягкими и магнитотвердыми. Формально отличие магнитных свойств материалов можно охарактеризовать относительной магнитной проницаемостью.
Диамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых не обладают результирующим магнитным моментом. Внешне диамагнетики проявляют себя тем, что выталкиваются из магнитного поля. К ним относят цинк, медь, золото, ртуть и другие материалы.
Парамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых обладают результирующим магнитным моментом, не зависящим от внешнего магнитного поля. Внешне парамагнетики проявляют себя тем, что втягиваются в неоднородное магнитное поле. К ним относят алюминий, платину, никель и другие материалы.
Ферромагнетиками называют материалы, в которых собственное (внутреннее) магнитное поле может в сотни и тысячи раз превышать вызвавшее его внешнее магнитное поле.
Любое ферромагнитное тело разбито на домены – малые области самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. В отсутствие внешнего магнитного поля, направления векторов намагниченности различных доменов не совпадают, и результирующая намагниченность всего тела может быть равна нулю.
Существует три типа процессов намагничивания ферромагнетиков:
1. Процесс_обратимого_смещения'>Процесс обратимого смещения магнитных доменов. В данном случае происходит смещение границ доменов, ориентированных наиболее близко к направлению внешнего поля. При снятии поля домены смещаются в обратном направлении. Область обратимого смещения доменов расположена начальном участке кривой намагничивания.
2. Процесс необратимого смещения магнитных доменов. В данном случае смещение границ между магнитными доменами не снимается при снижении магнитного поля. Исходные положения доменов могут быть достигнуты в процессе перемагничивания.
Необратимое смещение границ доменов приводит к появлению магнитного гистерезиса – отставанию магнитной индукции от напряженности поля.
3. Процессы вращения доменов. В данном случае завершение процессов смещения границ доменов приводит к техническому насыщению материала. В области насыщения все домены поворачиваются по направлению поля. Петля гистерезиса (рис 1.), достигающая области насыщения называется предельной.
Рисунок 1. Петля гистерезиса
Предельная петля гистерезиса имеет следующие характеристики: Bmax – индукция насыщения; Br – остаточная индукция; Hc - задерживающая (коэрцитивная) сила.
Материалы с малыми значениями Hc (узкой петлей гистерезиса) и большой магнитной проницаемостью называются магнитомягкими.
Материалы с большими значениями Hc (широкой петлей гистерезиса) и низкой магнитной проницаемостью называются магнитотвердыми.
При перемагничивании ферромагнетика в переменных магнитных полях всегда наблюдаются тепловые потери энергии, то есть материал нагревается. Эти потери обусловлены потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи. Потери на гистерезис пропорциональны площади петли гистерезиса. Потери на вихревые токи зависят от электрического сопротивления ферромагнетика. Чем выше сопротивление – тем меньше потери на вихревые токи.
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы
К магнитомягким материалам относят:
1. Технически чистое железо (электротехническая низкоуглеродистая сталь).
2. Электротехнические кремнистые стали.
3. Железоникелевые и железокобальтовые сплавы.
4. Магнитомягкие ферриты.
Магнитные свойства низкоуглеродистой стали (технически чистого железа) зависят от содержания примесей, искажения кристаллической решетки из-за деформации, величины зерна и термической обработки. По причине низкого удельного сопротивления технически чистое железо в электротехнике используется довольно редко, в основном для магнитопроводов постоянного магнитного потока.
Электротехническая кремнистая сталь является основным магнитным материалом массового потребления. Это сплав железа с кремнием. Легирование кремнием позволяет уменьшить коэрцитивную силу и увеличить удельное сопротивление, то есть снизить потери на вихревые токи.
Листовая электротехническая сталь, поставляемая в отдельных листах или рулонах, и ленточная сталь, поставляемая только в рулонах - являются полуфабрикатами, предназначенными для изготовления магнитопроводов (сердечников).
Магнитопроводы формируют либо из отдельных пластин, получаемых штамповкой или резкой, либо навивкой из лент.
Железоникелевые сплавы называют пермаллоями. Они обладают большой начальной магнитной проницаемостью в области слабых магнитных полей. Пермаллои применяют для сердечников малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей и реле.
Ферриты представляют собой магнитную керамику с большим удельным сопротивлением, в 1010 раз превышающим сопротивление железа. Ферриты применяют в высокочастотных цепях, так как их магнитная проницаемость практически не снижается с увеличением частоты.
Недостатком ферритов является их низкая индукция насыщения и низкая механическая прочность. Поэтому ферриты применяют, как правило, в низковольтной электронике.
К магнитотвердым материалам относят:
1. Литые магнитотвердые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al.
2. Порошковые магнитотвердые материалы, получаемые путем прессования порошков с последующей термообработкой.
3. Магнитотвердые ферриты. Магнитотвердые материалы – это материалы для постоянных магнитов, использующихся в электродвигателях и других электротехнических устройствах, в которых требуется постоянное магнитное поле.
2.1.2 Основные характеристики магнитных материалов
К основным магнитным характеристикам материалов относятся:
-
магнитная восприимчивость, -
магнитная индукция -
магнитная проницаемость.
Магнитная восприимчивость к атомов величина, характеризующая связь намагниченности вещества J с напряженностью магнитного поля Н:
к = J/H. (2.1.)
Уравнение (2.1.) не распространяется на ферромагнетики.
Магнитная восприимчивость может быть как положительной, так и отрицательной. Отрицательной магнитной восприимчивостью обладают диамагнетики (они намагничиваются против поля) положительной − парамагнетики и ферромагнетики, (они намагничиваются по полю).
Магнитная восприимчивость характеризует способность веществ к намагничиванию под действием магнитного поля. Она определяется, главным образом, содержанием ферромагнитных включений, а также их формой, размером и расположением относительно друг друга. Магнитная восприимчивость одного и того же вещества меняется в зависимости от величины магнитного поля и его магнитной предыстории, так как в процессе намагничивания в ферромагнитных включениях могут происходить обратимые и необратимые явления. С учетом последнего различают обратимую и необратимую магнитную восприимчивость.
Магнитная индукция В − среднее результирующее магнитное поле вещества, представляющее собой среднее значение суммарной напряженности микроскопических магнитных полей, созданных отдельными электронами и другими элементарными частицами, Тл:
В = µo(H + J) , (2.2)
где µo= 1,257.10-6 Гн/ м − магнитная постоянная.
Магнитная проницаемость µ − величина, показывающая, во сколько раз увеличивается (уменьшается) магнитная индукция в веществе при воздействии магнитного поля напряженностью Н.
Магнитная проницаемость ферромагнетиков сложно зависит от Н. Различают (рис. 2.2) начальную магнитную проницаемость µн, измеряемую в очень слабых магнитных полях − при значениях напряженности магнитного поля Н, близких к нулю, и максимальную магнитную проницаемость µм.
Рисунок 2.2. Кривая намагничивания
Параметрами магнитной проницаемости являются: относительная магнитная проницаемость µ. И абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м:
µа = µо µ. (2.3)
Между величинами магнитной восприимчивости и магнитной проницаемости существует зависимость:
к = µ - 1. (2.4)
Графическое изображение зависимости намагниченности ферромагнетика от напряженности внешнего магнитного поля называется кривой намагничивания (см. рис. 2.2). Кривые намагничивания определяют характеристики магнитных материалов и служат для расчетов магнитных цепей электромагнитов, магнитных пускателей, реле и других электротехнических устройств и приборов.