Файл: Лабораторная работа 1. Основные свойства электрорадиоматериалов 1 Краткая теория.docx

?

При расчетах воспользоваться справочными данными [2] и результатами предыдущих расчетов.

Исходные данные приведены в таблице 1.4. (Приложение 1)

1. 
   Нарисовать электрическую схему линии электропередачи с указанием предполагаемого места повреждения изоляции.
   

Рисунок 1  Электрическая схема линии электропередачи

2. 
   До повреждения изоляции ток в линии электропередачи рассчитывается по
   

. (1.5)Тогда, если изоляция повреждена на расстоянии x от источника напряжения, то . (1.6)

3. 
   определяется из (1.4.).
   
4. 
   Подставляем n_1, n₂ и выражение для I (Закон Ома).
   
5. 
   Приходим к решению (получение выражения предоставить)
   

x=R/(4ρ₁)+L/2.

6. 
   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. Процесснеобратимого 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. Процессывращения 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 гистерезисаПредельная петля гистерезиса имеет следующие характеристики: B_max – индукция насыщения; B_r – остаточная индукция; H_c - 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 материалыК 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 индукцияВ − среднее результирующее магнитное поле вещества, представляющее собой среднее значение суммарной напряженности микроскопических магнитных полей, созданных отдельными электронами и другими элементарными частицами, Тл:В = µ_o(H + J) , (2.2)где µ_o= 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 µ_н, измеряемую в очень слабых магнитных полях − при значениях на­пряженности магнитного поля Н, близких к нулю, и максимальную магнитную проницаемость µ_м.Рисунок 2.2.  Кривая намагничиванияПараметрами магнитной проницаемости являются: относительная магнитная проницаемость µ. И абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м:µ_а = µ_о 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.

---