Материал: МУ к ЛБ электромагнетизм - ФИЗИКА

стан тіла (наприклад індукція B ), неоднозначно залежить від фізичної величини, яка характеризує зовнішні умови (наприклад, магнітне поле H ), називається гістерезисом.

Замкнена крива, що зображена на рис. 14.6 – петля гістерезису. Якщо первинну криву намагнічування довести до насичення, то петля гістерезису буде найбільша, або гранична. На рис. 14.6 видно, що при зменшенні магнітного поля до нуля H = 0 індукція B не зникає, а зображується певним відрізком на осі координат. Це означає, що намагніченість зразка не зникає і їй відповідає так звана залишкова індукція Br . З наявністю такої залишкової намагніче-

ності пов'язано існування постійних магнітів. Для того, щоб розмагнітити зразок, потрібно прикласти певне поле, яке направлене протилежно первинному полю HC . Ця напруженість поля є коерцитивною силою феромагнетика.

Значення залишкової намагніченості та коерцитивної сили для різних феромагнетиків змінюється в широких межах. Для м'якого заліза петля гістерезису вузька (коерцитивна сила мала), для сталі та матеріалів, що йдуть на виготовленняпостійних магнітів, – широка(коерцитивна сила велика).

14.3 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка складається з джерела регульованої змінної напруги 0–10В, електронного осцилографа (N), вольтметрів змінної напруги (V1,V2), трансформатора кільцевого з вуглецевої сталі, трансформатора кільцевого з трансформаторної сталі, трансформатора кільцевого з фериту, набору опорів, електроємністі (C), з'єднувальних дротів. Схема установки зображена на рис 14.7.

R11 R1′′ R1′′′

Рисунок 14.7

Як досліджуваний феромагнетик використовується осердя трансформатора. Первинна обмотка трансформатора живиться від джерела змінного

71

струму та має число витків N1. Ця обмотка трансформатора потрібна для

створення змінного магнітного поля H , яке намагнічує осердя трансформатора.

Зв'язок H з падінням напруги U x на резисторі R1 в колі первинної об-

мотки може бути записано на основі закону повного струму [1,4] і виражається співвідношенням:

де l1 – довжина середньої лінії осердя трансформатора; N1 – кількість витків первинної обмотки;

n1 = N1 – кількість витків на одиницю довжини. l1

Для вимірювання індукції B у феромагнітному осерді використовується метод, побудований на законі електромагнітної індукції [2]

Рисунок 14.8

Для того, щоб подати на вхід підсилювача вертикального відхилення напругу, пропорційну B , між вторинною обмоткою і осцилографом вмикається інтегруюче кільце – R2C (рис 14.8).

Запишемо закон Ома для вторинного кола трансформатора (рис. 14.8), враховуючи, що ЕРС самоіндукції мала:

72

Таким чином, під час подачі напруги U X на горизонтально відхиляючі пластини і напруги UY на вертикальні відбувається складання двох взаємопер-

пендикулярних коливань. Внаслідок цього за повний період коливань промінь відтворить на екрані в деякому масштабі петлю гістерезису, як це виходить із рівнянь (14.4) і (14.9).

14.4 Порядок виконання роботи і методичні вказівки з її виконання

1.Скласти схему зтрансформатором із вуглецевої сталі (рис. 14.7) і увімкнути осцилограф.

2.Вимкнути розгортку осцилографа. Ручками керування променем встановити світлу пляму в центрі екрана.

Подати змінну напругу на первинну обмотку трансформатора і, збільшуючи напругу, встановити струм, необхідний для насичення феромагнетика. Встановити перемикач «V/дел» в таке положення, щоб петля гістерезису мала максимальний розмір по вертикалі.

3.За допомогою вольтметра провести калібровку каналів X і Y . При цьо-

73

му звернути увагу на те, що вольтметр показує ефективне значення напруги, а зміщення променя на екрані осцилографа визначається амплітудним значенням напруги.

Після цього рівень підсилення по осях X і Y не змінювати.

4. Поступово зменшуючи за допомогою потенціометра R напругу живлення, зробити 8–10 вимірювань значень координат x і y верхнього кінця петлі при різних напругах. Записати отримані величини до таблиці 14.1.

Таблиця 14.1 – Результати вимірювань та розрахунків

5. За формулами (14.4) і (14.9) визначити H і B. Дані N1,l1, R1, N2 , R2 , S наведені на робочому місці . Величини U X і UY обчислюються через коорди-

нати точок і чутливість горизонтального і вертикального каналів осцилографа. Знайти похибку.

6.Побудувати криву намагнічування B = B(H ) .

7. Знайти магнітну проникність μ, використовуючи співвідношення μ = B / μ0 H . Визначити абсолютну похибку. Побудувати графік μ(H ) .

14.5 Зміст звіту

Звіт має містити: мету роботи; схему лабораторної установки; результати вимірів у вигляді таблиці; графіки залежностей B(H), μ(H) з вказаними на них похибками; стисі висновки.

14.6 Контрольні запитання і завдання

1.На які види розподіляються магнетики?

2.Що таке вектор намагніченості і який його фізичний зміст?

3.Що таке магнітна сприйнятливість?

4.Які речовини називаються феромагнетиками?

5.Охарактеризувати температуру Кюрі.

6.Які речовини відносять до діамагнетиків? до парамагнетиків?

7.Який фізичний смисл має магнітна проникність?

74

8.В чому полягає явище гістерезису?

9.Яка сутність залишкової індукції і коерцитивної сили?

15 ДОСЛІДЖЕННЯ ПОВНОГО ПОСЛІДОВНОГО КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ

15.1Мета роботи: дослідження вимушених електромагнітних коливань в повному послідовному колі змінного струму, ознайомлення з явищем резонансу.

15.2Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

У послідовному колі (рис. 15.1), який складається з ємності C , індуктивності L , активного опору R і генератора, виникають вимушені електромагнітні коливання.

C L R

Г

Рисунок 15.1

Рівняння таких коливань для миттєвих значень сили струму і та напруги и можна записати на основі 2-го закону Кірхгофа [2-5] для даного кола:

де ω – циклічна частота напруги генератора; u0 – амплітуда напруги генератора:

q – миттєве значення заряду конденсатора.

Враховуючи, що i = dqdt , можна сказати, що коливання заряду опису-

ються диференціальним рівнянням другого порядку [2]. Розв’язання такого рівняння для усталеного значення сили струму, як відомо, описується гармонічною функцією часу

де ϕ – зсув фаз між напругою і силою струму;

У рівнянні (15.2) i0 – амплітуда сили струму в колі – знаходиться із співвідношення

Зсувфаз ϕ можнаобчислитизформули:

75