Описание лабораторной установки
Кафедра “Физика” Лабораторная работа № 41 Определение магнитной проницаемости ферромагнетика Аудитория Г-203 Лабораторная работа № 41 Определение магнитной проницаемости ферромагнетика
Цель работы:
- изучение намагничивания ферромагнетиков;
- определение коэрцитивной силы и остаточной намагниченности;
- построение по результатам опыта основной кривой намагничивания.
Теоретическое введение
Суть эксперимента заключается в независимом определении напряженности магнитного поля H в ферромагнетике с помощью закона полного тока и магнитной индукции B на основе использования закона электромагнитной индукции. В работе используется метод наблюдения семейства петель гистерезиса с помощью электронного осциллографа. Для этого на горизонтально отклоняющие пластины подается сигнал пропорциональный H, на вертикально отклоняющие пластины — сигнал пропорциональный B.
Исследуемый ферромагнетик представляет собой тонкое кольцо – тороид с намотанными на него двумя обмотками N1 и N2. Когда по обмотке N1 течет ток, внутри сердечника возникает магнитное поле. Если толщина тороида меньше его диаметра, величину напряженности магнитного поля можно считать постоянной по сечению тороида и равной напряженности в середине сечения.
По закону полного тока получим:
|
|
|
|
| Рис. 1 |
| (1) |
где l – длина осевой (средней) линии тороида, I – поле в обмотке N1.
Напряжение Ux = IR1 с резистора сопротивление R1, включенного в цепь обмотки N1 подается на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа (см. рис.2). Измерив значение Ux = ax x, где ax – масштабный коэффициент отклонения по горизонтали, х – величина отклонения в делениях (рис. 1).
Определим ток I и подставим в формулу (1). В итоге получим:
| (2) |
Для определения магнитной индукции в сердечнике наматывается еще одна обмотка с числом витком N2. При измерении магнитного потока в сердечнике в обмотке возникает Э.Д.С. индукции
| (3) |
где S – площадь поперечного сечения сердечника.
Схема включения вторичной обмотки в измерительную цепь показана на рис. 2.
Параметры схемы подобраны таким образом, что выполняется условие
| I2R2>>Uc, |
где I2 – ток в обмотке N2, Uc – напряжение на конденсаторе.
Пренебрегая падением напряжения на вторичной обмотке и напряжением на конденсаторе можно записать закон Ома в виде
| (4) |
Учитывая, что 
где Q заряд конденсатора из (3) и (4) получим
|
Проинтегрировав это выражение получим
|
|
|
|
Так как 
окончательно найдем выражение для расчета магнитной индукции.
| (5) |
где ay – масштабный коэффициент усилителя по вертикали, у – величина отклонения сигнала на экране осциллографа (рис. 1).
Описание лабораторной установки
В состав установки входят:
- лабораторный модуль;
- генератор гармонических колебаний - GFG 8219A;
- осциллограф - ОСУ-10В.
На лицевой панели лабораторного модуля приведена электрическая схема (рис. 2). Внутри лабораторного модуля размещается ферритовый сердечник с двумя обмотками, а также печатная плата, которая содержит элементную базу. Принципиальная электрическая схема приведена на рис. 3.
|
| Рис. 2 |
|
|
| Рис. 3 |
Сигнал с гнезд ЭО «Y» (Г3, Г4, рис. 3) подается на усилитель вертикальной развертки осцилографа, а с гнезд ЭО «Х» (Г5, Г6, рис. 3) снимается напряжение, которое пропорционально току в обмотке N1, и подается на усилитель входа «Х» в случае использования двухканального осциллографа.
|
|
|
Порядок выполнения работы
1. Изучите состав лабораторной установки и ознакомьтесь с размещением приборов на рабочем месте.
2. Коаксиальный кабель с выхода генератора гармонических колебаний подсоединить к гнездам «PQ» на лицевой панели лабораторного модуля.
3. С помощью коаксиального кабеля подать сигнал с гнезд РО «Y» лабораторного модуля на вход усилителя Y осциллографа.
4. С помощью коаксиального кабеля подать сигнал с гнезд РО «Х» лабораторного модуля на вход усилителя Х осциллографа.
5. Установить органы управления приборов в исходное состояние:
- На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A все регуляторы повернуть против часовой стрелки до упора;
- На осциллографе ОСУ-10В переключатели «ВОЛЬТ/ДЕЛ» и «ВРЕМЯ/ДЕЛ» установить в крайнее левое положение. Все регуляторы установить в среднее положение. Все кнопки на лицевой панели осциллографа должны быть отжаты.
6. Подключить к электрической сети лабораторный модуль и измерительные приборы.
7. Включить приборы:
|
|
|
- На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A нажать кнопку «POWER».
- На осциллографе ОСУ-10В нажать кнопку «ВКЛ/ВЫКЛ».
8. На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A нажать кнопки: предельное значение «1К» и вид сигнала «~».
9. На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A плавно вращая регулятор установки частоты «FREQUENCY» установить частоту генератора n = 0,5кГц.
10. На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A регулятор уровня выходного сигнала «AMPL» установить в крайнее правое положение.
11. На осциллографе ОСУ-10В переключатель «ВОЛЬТ/ДЕЛ» установить в положение «20 мВ».
12. На осциллографе ОСУ-10В нажать кнопку «X-Y».
13. На экране осциллографа будет наблюдаться предельная петля гистерезиса, соответствующая магнитному насыщению ферромагнетика.
14. На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A регулятор уровня выходного сигнала «AMPL» установить в крайнее левое положение.
15. На осциллографе ОСУ-10В регуляторами «↔» и «↕» переместите луч в центр координатной сетки.
16. На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A регулятор уровня выходного сигнала «AMPL» установить в крайнее правое положение.
17. Измерить координаты «Х» и «У» вершины предельной петли гистерезиса.
18. Регулятором уровня выходного сигнала «AMPL» уменьшая величину напряжения генератора, получить семейство петель гистерезиса (6 – 8 петель). Для каждой петли определить координаты «Х» и «У» ее вершины. Результаты измерений занести в таблицу 1.
19. На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A регулятор уровня выходного сигнала «AMPL» установить в крайнее правое положение.
20. Определить координату «Хк», соответствующую коэрцитивной силе Hк (см. рис.1).
21. По окончанию измерений выключить приборы:
- На генераторе гармонических колебаний GFG 8219A все регуляторы повернуть против часовой стрелки до упора и нажать кнопку «POWER».
- На осциллографе ОСУ-10В переключатели «ВОЛЬТ/ДЕЛ» и «ВРЕМЯ/ДЕЛ» установить в крайнее левое положение и нажать кнопку «ВКЛ/ВЫКЛ».
Таблица 1
| № петли | Х делений | У делений | aх, мВ/дел | ay, мВ/дел | H, А/м | В, Тл | m |
| 1 . . . . n |
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 177; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!