Физика \ Общая физика

Изучение магнитных свойств ферромагнетиков (Методическое пособие по выполнению лабораторной работы), страница 2

В работе исследуется ферромагнетик, который используется, как сердечник трансформатора. Первичная обмотка трансформатора питается от источника переменного тока и имеет число витков . Эта обмотка трансформатора создает переменное магнитное поле, которое намагничивает сердечник трансформатора.

Связь с падением напряжения на резисторе в цепи первичной обмотки может быть записана на основе закона полного тока и определяется соотношением:

, (8)

где длина средней линии сердечника трансформатора, - число витков первичной обмотки, - число витков первичной обмотки на единицу длины, - сопротивление первичной обмотки.

Падение напряжения на резисторе подается на вход усилителя горизонтального отклонения осциллографа. Поэтому горизонтальное отклонение луча на экране пропорционально напряженности магнитного поля .

Для измерения индукции в ферромагнитном сердечнике используется метод, основанный на законе электромагнитной индукции:

, (9)

где - электродвижущая сила индукции, - магнитный поток через вторичную обмотку трансформатора, - площадь поперечного сечения сердечника, - число витков вторичной обмотки.

Для того чтобы подать на вход вертикального отклонения напряжение, пропорциональное , между вторичной обмоткой и осциллографом включается интегрирующая цепь (рис.6). Запишем закон Ома для вторичной обмотки трансформатора, принимая, что ЭДС самоиндукции мала:

. (10)

Учтем, что

, (11)

где - заряд конденсатора, а - его емкость. С другой стороны , а падение напряжения на резисторе равно , тогда . При , , получим, что . Принимая это к сведению, можно получить

, откуда

Подставляя в формулу (11) получим напряжение, которое подается на вход осциллографа.

. (12)

Отсюда находим индукцию магнитного поля в ферромагнетике:

. (13)

Таким образом, при подаче напряжения на пластины горизонтального отклонения, а - на пластины вертикального отклонения осциллографа получаем сложение двух взаимно перпендикулярных колебаний. В результате за полный период колебаний луч отображает на экране в некотором масштабе петлю гистерезиса.

Выполнение работы.

1. Собрать схему трансформатора с трансформаторной сталью (рис.6) и включить осциллограф.

2. Включить развертку осциллографа. Ручками управления луча установить освещенное пятно в центре экрана.

3. Подать переменное напряжение генератора Г3-33 частотой 50 гц на обмотку трансформатора и, увеличивая напряжение, установить ток, необходимый для насыщения ферромагнетика. Установить переключатель усилителя по оси в такое положение, чтобы петля гистерезиса имела наибольший размер по вертикали.

4. Переснять петлю гистерезиса с экрана на кальку, на которой предварительно нанесена сетка с сантиметровыми делениями.

5. Уменьшить напряжение на первичной обмотке трансформатора до нуля и, постепенно увеличивая его, получить кривые намагничивания путем фиксации крайних точек частичной петли гистерезиса, не меняя усиления осциллографа по оси .

6. С помощью вольтметра или осциллографа провести калибровку каналов и . При этом обратить внимание на то, что вольтметр генератора ГЗ-33 показывает эффективное значение напряжения, а смещения луча экране осциллографа определяется амплитудным значением напряжения.

7. Построить кривую намагничивания на миллиметровой бумаге. Для определения использовать формулу (8), а для определения использовать формулу (13). При расчетах пользоваться следующими данными числа витков обмоток, длин средней линии, и сопротивлений и , и площадей поперечного сечения .