Изучение свойств ферромагнетика с помощью осциллографа. Получение основной кривой намагничивания

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Санкт-Петербургский  государственный горный  институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Отчёт по лабораторной работе №21

По дисциплине:                             Общая и техническая физика                  

                                                                                                     ^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

ТЕМА:         «Изучение свойств ферромагнетика с помощью                 

   ОСЦИЛЛОГРАФА»                                                                                                               

Выполнил: студент группы    НБ-06         Барановский А.А.             

                                                                                    ^{(Ф.И.О.)                                       (подпись)}

Проверил:            преподаватель                    Пщелко Н.С.              

                                    ^{(должность)                                   (Ф.И.О.)                                      (подпись)}

Дата:  _______________

Оценка:  ________________

Санкт-Петербург

2006

Цель работы: получение основной кривой намагничивания B=f(H) и зависимости ферромагнитного образца путем исследования гистерезисной петли на экране осциллографа.

Краткое теоретическое обоснование:

1) Особый класс магнетиков образуют вещества, способные обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.  По свому распространенному представителю – железу – они получили название ферромагнетиков. К их числу кроме железа принадлежит никель, кобальт, гадолиний и их сплавы и соединения. Ферромагнетизм присущ всем этим веществам только в кристаллическом состоянии. Ферромагнетики являются сильномагнитными веществами. Их намагниченность в огромное (до 10¹⁰) число раз превосходит намагниченность диа- и парамагнетиков, принадлежащих к категории слабомагнитных веществ. У ферромагнетиков магнитная восприимчивость единицы объёма вечества  (а следовательно и магнитная проницаемость среды ) положительна и достигает очень больших значений и является функцией напряженности поля.

Намагниченность слабомагнитных веществ изменяется с напряженностью поля линейно. Намагниченность ферромагнетиков зависит от Н сложным образом. На рис.1 дана кривая намагничивания ферромагнетика, магнитный момент которого первоначально равен нулю. Уже в полях порядка нескольких эрстед (~100 А\м ) намагниченность J достигает насыщения. Основная кривая намагничения на диаграмме В-Н приведена на рис.2 (кривая 0-1). . Поэтому по достижении насыщения В продолжает расти с Н по линейному закону

2) в формуле , const =

3) Кроме нелинейной зависимости между Н и J ( или между H u B), для ферромагнетиков характерно наличие гистерезиса. Если довести намагничение до насыщения ( точка 1) и затем уменьшит напряженность магнитного поля, то индукция В следует не по первоначальной кривой 0-1 , а изменяется в соответствии с кривой 1-2. В результате, когда напряженность внешнего поля станет равно нулю (точка 2), намагничение не исчезает и характеризуется величиной B_r, которая называется остаточной индукцией. Намагниченность имеет при этом значение J_r, называемое остаточной намагниченностью.
                Намагниченность обращается в нуль лишь под действием поля H_c, имеющего направление, противоположное полю, вызывавшему намагничение. Напряженность H_c называется коэрцитивной силой.  Существование остаточной намагниченности делает возможным изготовление постоянных магнитов, т.е. тел, которые без затраты энергии на поддержание макроскопических токов обладают магнитным моментом и создают в окружающем их пространстве магнитное поле. Постоянный магнит тем лучше сохраняет свои свойства, чем больше коэрцитивная сила материала, из которого он изготовлен.
                 Под действием на ферромагнетик переменного магнитного поля индукция изменяется в соответствии с кривой 1-2-3-4-5-1, которая называется петлей гистерезиса. Гистерезис приводит к тому, что намагничение ферромагнетика  не является однозначной функцией Н, она в сильной мере зависит от того, в каких полях он побывал прежде.

4) Для железа (состав которого 99,9 % Fe) характеристиками является: ,  а  Н_с 80 А\м        (из учебника «Курс физики» Савельева)

Схема установки:  

О – ферромагнитный образец

L1, L2 - катушки

R1, R2 -  сопротивления на катушках

С- конденсатор в цепи катушки L2

Расчётные формулы:

 - напряженность магнитного поля ферромагнетика, А\м

    - индукция магнитного поля в ферромагнетике, Тл

   - магнитная проницаемость матерьяла

,где :

N₁ – число витков на катушке 1

N₂ – число витков на катушке 2

h и b– цена деления по осям Ох и Оу соответственно

l₁ – длинна катушки N₁

R₁ и R₂– сопротивление на катушках 1 и 2

S – сечение образца

  -  магнитная постоянная,

Формулы погрешности:

    

среднеквадратичные ошибки измерений Н, В и

Таблицы измерений и вычислений:

Таблица 1.

Таблица 2.

B, Тл	B, Тл	H, A/м	H, A/м	, Гн\м	, Гн\м
0,0032	0,000477	14,49	0,853	176,23	32,91
0,0029	0,000478	12,39	0,856	187,91	36,50
0,0026	0,000479	10,29	0,861	204,36	41,08
0,0024	0,000481	8,19	0,870	229,25	47,27
0,0019	0,000485	6,09	0,890	246,65	60,80
0,0012	0,000500	3,99	0,948	244,70	97,10
0,0006	0,000590	1,89	1,241	238,43	253,42

Исходные данные:

Примеры расчётов:

 A/м

 Тл

 Гн\м

Расчёт погрешностей:

 Тл

 A/м

Гн\м

Тл

 A/м

Гн\м

Графики:

Окончательный результат:

      B=(3.2 0.48)*10^-3

      H = (1.450.08) *10

Вывод:

При изучении свойств ферромагнетика путем исследования гистерезисной