ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 52
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА ФЕРРОМАГНЕТИКА
Цель работы — изучение явления магнитного гистерезиса и определение магнитных характеристик ферромагнетика.
Приборы и принадлежности: тороид из исследуемого ферромагнетика с двумя обмотками, генератор переменного напряжения, осциллограф, сопротивления, конденсатор.
Краткие сведения из теории
Ферромагнитные материалы часто применяются в трансформаторах, дросселях, машинах переменного тока; в радиоэлектронике, где они подвергаются периодическому перемагничиванию. Изучение магнитных характеристик ферромагнетиков в переменных полях представляет большой практический интерес.
Рис. 52.1
Характерной особенностью ферромагнетиков является нелинейная зависимость между магнитной индукцией В и напряженностью намагничивающего поля Я. Эта зависимость для предварительно размагниченного ферромагнетика дана на рис. 52.1 кривой 0—1. Она называется основной или начальной кривой намагничивания. Если теперь начать уменьшать напряженность Я намагничивающего поля, то зависимость В от Н будет представлена кривой 1—2. Происходит отставание изменения индукции от изменения напряженности поля. Это явление называется магнитным гистерезисом.
При Н = 0 намагничивание не исчезает и характеризуется величиной остаточной магнитной индукции Вг. Для размагничивания ферромагнетика нужно создать магнитное поле противоположного направления. При увеличении напряженности этого поля от нуля изменение индукции изобразится кривой 2—3. Напряженность поля Н0, при которой индукция магнитного поля становится равной нулю, называется коэрцитивной (задерживающей) силой. При дальнейшем изменении напряженности поля в обратном направлении индукция будет изменяться в соответствии с кривой 3—4. В переменном по величине и направлению магнитном поле магнитная индукция изменяется в соответствии с кривой 1—2—3—4—5—1, которая называется петлей гистерезиса. Если амплитудное значение напряженности переменного намагничивающего поля равно или превышает напряженность поля, намагничивающего ферромагнетик до насыщения (Hmax >Hs, то петля гистерезиса называется максимальной (предельной). Напряженности поля Hsсоответствует магнитная индукция Bs. При Hmsa<Hsнасыщение не достигается, получаются частные петли гистерезиса, лежащие внутри максимальной петли. В связи с неоднозначной зависимостью В от Н понятие магнитной проницаемости и, можно применять лишь к основной кривой намагничивания. Относительная магнитная проницаемость является функцией напряженности поля.
Ферромагнетизм обусловлен спиновыми магнитными моментами электронов. В атомах ферромагнетика спины определенной группы электронов (Зd-электронов в металлах группы железа и 4f-электронов в редкоземельных металлах) не скомпенсированы. Благодаря этому спиновые магнитные моменты атомов достигают значительной величины. В отсутствии внешнего поля ферромагнетик состоит из большого числа малых (но макроскопических) областей спонтанного намагничивания — доменов. В пределах каждого домена магнитные моменты атомов строго ориентированы. При отсутствии внешнего магнитного поля полный магнитный момент ферромагнетика равен нулю. В достаточно сильных магнитных полях магнитные моменты всех доменов устанавливаются по полю. В этом состоянии ферромагнетик намагничен до насыщения. При перемагничивании ферромагнетика происходит изменение его доменной структуры. Работа, необходимая для этого, совершается за счет энергии внешнего магнитного поля. Образец при перемагничивании нагревается, и тем сильнее, чем больше площадь петли гистерезиса (потери энергии на гистерезис).
Элементарная работа, необходимая для перемагннчива-ния единицы объема образца dAejs.a6= dwes.au = HxdB, равна площади заштрихованной полоски на рис. 52.1. Тогда полная энергия, теряемая за один цикл перемагничивания образца и рассчитанная на единицу его объема, численно равна площади петли гистерезиса:
(52.1) wед.об= НхdB
Описание экспериментальной установки и метода измерений
Петлю гистерезиса можно получить на экране электронного осциллографа (ЭО) с помощью установки, схема которой представлена на рис. 52.2. На панели П укреплены
исследуемый образец Т с двумя обмотками, сопротивления и конденсатор. Г — генератор переменного напряжения синусоидальной формы. Чтобы получить на экране ЭО петлю гистерезиса, нужно на его «вход X» подать сигнал, пропорциональный напряженности H намагничивающего поля, а на «вход У» — сигнал, пропорциональный магнитной индукции В в образце.
Исследуемый образец выполнен в виде торонда, па поверхности которого намотаны две обмотки 1 и 2 с числом витков N1и N2соответственно. Обмотка 1 через потенциометр R1 с сопротивлением R\ соединена с выходом генератора Г. Средняя напряженность намагничивающего поля в тороиде
(52.2)
H=N1/L xI1
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
