Материал: МЭИ(ТУ) Физика

источником. Текущий по обмотке I ток I создает внутри тороида магнитное поле, напряженность которого можно найти по закону полного тока (3)

где ℓ – длина кольца (штриховая линия на рис. 1). Так как кольцо тонкое, магнитное поле по сечению кольца можно считать однородным.

I

II

I

dl

H

Рис. 1

Каждому значению тока I соответствует определенное значение не только напряженности H, но и индукции В. При экспериментальном

определении значения В используется явление электромагнитной индукции. Для этого на кольцо навивается вторичная обмотка II с небольшим числом витков N2 (рис. 1). Концы обмотки II подключают к баллистическому гальванометру. (Описание баллистического гальванометра дано в лабораторной работе № 2.) Схема установки представлена на рис. 2. Здесь БП – блок питания; мА – миллиамперметр для измерения тока в обмотке I. С помощью переключателя (П) изменяют направление тока в катушке I на противоположное (при неизменной величине тока). При этом происходит изменение направления вектора B , а следовательно, изменение и полного магнитного потока Ψ (потокосцепления), пронизывающего витки вторичной обмотки. По закону

Фарадея в обмотке II возникает ЭДС индукции е = − ddΨt

баллистического гальванометра (Г) появляется индукционный ток

Iинд = Rе = − R1 ddΨt .

Так как максимальный отброс «зайчика» баллистического гальванометра пропорционален не току, а заряду, проходящему по нему, то

для заряда имеем dq = Iиндdt = −dΨ / R . Проинтегрировав это выражение,

найдем полный индукционный заряд, прошедший через гальванометр при изменении направления тока в катушке I:

где Ф1 и Ф2 – начальный и конечный магнитные потоки сквозь поверхность одного витка II катушки.

Рис. 2

Заряд q определяют по отбросу «зайчика» баллистического гальванометра q = A×n, где A – баллистическая постоянная гальванометра. Подставив q = A×n в формулу (6), получим окончательное выражение для

расчета В

Таким образом, работа сводится к независимым друг от друга определениям Н (5) и В (7) при 15 различных токах I в первичной цепи. Значения постоянных A, В, S, ℓ, N1, N2 заданы на установке.

Магнитную проницаемость рассчитывают по формуле

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 18

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ОСЦИЛЛОГРАФОМ И ИЗУЧЕНИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА

Цель работы – определение основных характеристик ферромагнетика и получение петли гистерезиса с помощью электронного осциллографа. Работа состоит из двух частей. В первой изучается принцип действия осциллографа, описанный в приложении. Во второй – исследуется ферромагнетик.

Введение

Магнитная индукция B в ферромагнетиках сложным образом зависит от напряженности внешнего поля H . Эта зависимость, когда исходным является полностью размагниченное состояние, называется основной кривой намагничивания. Она изображена на рис. 1 жирной линией 0 – 1. Видно, что зависимость В (H) нелинейна. Для ферромагнетиков характерно также наличие гистерезиса. При действии на ферромагнетик переменного

магнитного поля величина магнитной индукции В меняется по замкнутой петле 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 1 (рис. 1), которая называется петлей гистерезиса. Если постепенно увеличивать амплитуду переменного тока, определяющего напряженность магнитного поля Н, то можно наблюдать постепенное увеличение площади петли (см. штриховые кривые на рис. 1).

При достаточно большой напряженности петля перестает меняться (максимальная петля) и лишь продолжают изменяться ее линейные участки 1 – 1′, 4 – 4′. Вершины петель располагаются на основной кривой намагничивания.

Гистерезис проявляется в том, что намагничивание ферромагнетика не является однозначной функцией H, а зависит от предыстории образца – от того, в каких полях он был прежде. Например, в поле напряженности Н1 (см. рис. 1) величина В может принимать значения от B1′ до B1′′.