Экспериментальное получение зависимости индукции магнитного поля в ферромагнитном материале от напряженности намагничивающего поля (Лабораторная работа № 27), страница 2

Зависимость магнитной индукции В от напряженности Н намагни­чивающего поля характеризуется аналогичным графиком (рис.3).

Рис.2.

При уменьшении напряженности намагничивающего поля до нуля магнитная индукция В будет уменьшаться по некоторой иной зависи­мости АВ_ост (рис.4), отличной от кривой намагничивания ОА.

При напряженности магнитного поля Н = 0 ферромагнетик оказыва­ется намагниченным, т.е. становится постоянным магнитом с магнитной индукцией, равной В_ост. Чтобы размагнитить ферромагнетик, надо по­действовать на него магнитным полем противоположного направления. Напряженность Н_К размагничивающего поля, при которой магнитная ин­дукция В в ферромагнетике становится равной нулю, называют коэрцитивной силой. При дальнейшем увеличении магнитного поля противоположного направления вновь достигается насыщение намагниченности ферромагнетика (точка С). Изменяя напряженность намагничивающего поля в пределах от Н_А до Н_С, можно экспериментально построить нелинейную зависимость В = f(Н), носящую название петите гистерезиса.

Участок кривой намагничивания ОА называют основной кривой намаг­ничивания. Нелинейная зависимость B = f(H), представленная на рис.4, свидетельствует о том, что магнитная проницаемость m в случае фер­ромагнетиков является сложной нелинейной функцией напряженности Н намагничивающего поля.

Рис.4.

При перемагничивании ферромагнетика затрачивается энергия. Энергия перемагничивания, рассчитанная на единицу объема, т.е. плотность энергии, равна площади петли гистерезиса S_HB в коорди­натах B и Н:

w = S_HB или w = ∫ BdH   (7)

Эта энергия превращается в тепловую энергию.

Для уменьшения потерь энергии при перемагничивании сердечников в трансформаторах используют специальные сорта железа с узкой пет­лей гистерезиса.

Описание лабораторией установки и методика измерения.

Петлю гистерезиса на экране осциллографа получают с помощью экспериментальной установки (рис.5).

Установка выполнена в виде лабораторного модуля.  На лицевую панель модуля выведены: ручка от потенциометра R, выключатель К и 3 гнезда для подключения осциллографа. Вращением ручки, потенциометра можно менять размеры петли гистерезиса на экране осциллографа. На задней стенке модуля имеется, разъем, с помощью кото­рого к модулю подключается источник питания U.

Исследуемый образец ферромагнитного материала изготовлен в виде замкнутого сердечника, на поверхность которого намотана обмотка. На горизонтально отклоняющие пластины осциллографа (Вход "X") подается переменное напряжение U_H, а на вертикально отклоняющие пластины (Вход ''У'') – напряжение U_B.

Значение напряженности намагничивающего поля Н, созданного макротоком I в сердечнике прямо пропорционально значению падения напряжения U_H на резисторе R₁:

H = K_XU_H   (8)

Значение же магнитной индукции В в сердечнике прямо пропорционально падению напряжения на конденсаторе С:

B = K_YU_B   (9)

где К_X и К_Y – постоянные, зависящие от параметров установки. Зная цену деления осциллографа можно записать уравнения (6), (9) в виде:

Н = К_XС_XX_i,   B = K_YC_YY_i   (10)

где C_X, C_Y – цена деления (масштаб) шкалы экрана по гори­зонтали и вертикали,

X_i, Y_i – координаты петли гистерезиса в делениях шкалы.

Таким образом, отклонение электронного луча в осциллографе по горизонтали будет пропорционально напряженности Н намагничи­вающего поля, а отклонение электронного луча по вертикали - про­порционально магнитной индукции В поля в ферромагнитном материа­ле сердечника. За период изменения тока в обмотке электронный луч опишет на экране полную петлю гистерезиса, а за каждый после­дующий период в точности ее повторит. Поэтому на экране осциллог­рафа будет изображена неподвижная фигура – петля гистерезиса.