Методика выполнения эксперимента

Схема подключения приборов к лабораторной установке приведена на рис.4.

Рис. 4. Схема проведения эксперимента

1 Калибровка осциллографа

Включите осциллограф. Оперируя ручками "яркость" и "контрастность", сфокусируйте луч таким образом, чтобы у в центре экрана появилась точка. Затем на соответствующие входы (вход (Х) и вход (Y)) подайте поочередно дискретный сигнал 1.2 В,1кГц (гнездо на правой боковой стенке осциллографа). При этом точка, полученная ранее на экране, должна отклониться от своего первоначального положения.

Если точка на экране осциллографа не наблюдается, тогда необходимо уменьшить, либо увеличить, чувствительность осциллографа. Для этого установите переключатель регулятора чувствительности для входа (Y) в необходимое положение.

Полученное значение напряжения (вольт/деление) и будет требуемой чувствительностью на соответствующих входах. При этом необходимо помнить, что чувствительность по (Х) не изменяется, а по (Y) для каждого случая соответствует определенное положение переключателя чувствительности осциллографа.

2 Изучение ферромагнитных свойств феррита

В данной работе исследуются магнитомягкие ферриты. Это химические соединения окисла железа Fe₂O₃ с окислами других металлов. Кристаллическую решетку ферритов можно представить как состоящую в магнитном отношении из двух подрешеток, имеющих противоположные направления магнитных моментов ионов (атомов). В магнитном феррите намагниченность подрешеток неодинаковая и возникает суммарная спонтанная намагниченность, а в немагнитном феррите суммарная намагниченность равна нулю. Наиболее широко в качестве магнитомягких ферритов применяют никель-цинковые и марганец-цинковые ферриты. Так, в качестве исследуемого образца используется феррит 6000НМ (6000 – начальное значение относительной магнитной проницаемости, Н – низкочастотный, М – марганцево-цинковый,) К20х12х6 (К - кольцеваяформа, 20 и 12 – наружный и внутренний диаметры, 6 –высота кольца).

1. Произведите калибровку входа (Y) осциллографа. Вначале установите регулятор чувствительности осциллографа в положение 0,02 В/дел, а затем откалибруйте его по приведенной выше методике.

2. Запишите значение чувствительности осциллографа по входам (Х) и (Y) в таблицу.

3. После калибровки осциллографа подключите соответствующие выходы генератора частот к входу лабораторной установки (клеммы “ГЕН”, рис.3), а также соответствующие выводы X1 и У1 лабораторной установки к входам осциллографа (клеммы ”X1”, ”У1” рис.3). При этом на генераторе частот должны быть установлены следующие параметры:

Рис. 5.

Частота генератора синусоидального сигнала должна быть равной 20 кГц;

Показание выходного напряжения равно 6 В.

Кроме того, нагрузочное сопротивление R_наг= 58 Ω (крайнее правое положение реостата “Р1”, рис. 3).

4. Включите генератор частот, при этом на экране осциллографа должна получиться экспериментальная зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля (петля гистерезиса – рис.5).

5. Зарисуйте полученную петлю и расставьте на ней соответствующие точки (H_max, B_max, H_c, B_r).

6. Определите для этих точек значение напряжения, исходя из известной чувствительности осциллографа.

7. Запишите измеренные данные в таблицу.

3 Изучение ферромагнитных свойств электротехнической стали

В качестве исследуемого образца используется магнитопровод трансформатора ТВК-90-ПЦ-5 (магнитопровод броневой витой из ленты разрезной ШЛ 16*32, где числа – ширина и высота окна, соответственно. Материал – электротехническая сталь, содержащая несколько процентов кремния и до 1 процента углерода).

1. Произведите калибровку осциллографа по входу (Y), при этом регулятор чувствительности осциллографа должен быть установлен в положение 2,0 В/дел.

2. Запишите значение чувствительности осциллографа по входам (Х) и (У) в таблицу, в раздел для данного случая.

3. Подключите питание установки к генератору (10 В, 50 Гц), а также соответствующие выводы X2 и У2 лабораторной установки ко входам осциллографа (клеммы ”X1”,”У1” рис.3), при этом нагрузочное

сопротивление выставите равным 8 Ω (крайнее правое положение реостата “Р2”, рис. 3)

4. Включите установку, затем проделайте те же самые измерения, что и в случае феррита.

5. Зарисуйте петлю гистерезиса для данного случая, занесите измеренные данные в таблицу.

4 Расчет магнитных величин

1.На основании полученных с помощью осциллографа данных о параметрах петли гистерезиса определите расчетные значения B и H по следующим формулам:

, (1)

Результаты эксперимента и расчета

	Феррит	Электротехническая сталь
Чувствительность по (Х), В/дел.
Чувствительность по (У), В/дел.
LCр, м	50∙10-3	114∙10-3
S, м2	48·10-6	391·10-6
W 1	5	173
W 2	5	64
R, Ω	1,3∙103	6,6∙103
Rр, Ω	58	8
C, Ф	0,5∙10-6	2·10-6
BUmax, В
HUmax, В
BUr, В
HUc, В
Bmax, Тл
Hmax, А/м
Br, Тл
Hc, А/м
μmax, Гн/м

(2)

где B_U — показание осциллографа по (Y), т.е. значение чувствительности по входу (Y) умножают на количество делений, которому соответствует отклонение луча;

H_U — показание по (Х);

L_Cр — длина среднейсиловой магнитной линии;

S — площадь поперечного сечения магнитопровода;

R_р — сопротивление реостата (нагрузки);

W₁, W₂ — количество витков провода первичной и вторичной обмоток.

Значение R, С и W₁, W₂ определятся по данным, приведенным в приложении.

2. Рассчитать μ_max — значение магнитной проницаемости, по следующей формуле:

, (3)

где μ₀ — магнитная постоянная, μ₀=4π*10 ^–7 [Гн/м].

3. Определить коэффициенты для перевода напряжений в соответствующие магнитные величины по формулам

, (4)

, (5)

где

, (6)

. (7)

При помощи приведенных коэффициентов можно оценить магнитную проницаемость и напряженность магнитного поля в любой точке кривой (петли гистерезиса), полученной при помощи осциллографа.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение ферромагнетика.

2. В чем заключается явление магнитного гистерезиса?

3. Объясните и покажите на полученных графиках характерные величины (H_max и В_max). Дайте их определение

4. Каков характер зависимости магнитной индукции и напряженности магнитного поля в цепях постоянного тока?

5. Как повлияет на петлю магнитного гистерезиса изменение частоты питающего напряжения?

6. Расскажите о магнитотвердых и магнитомягких материалах. В чем заключается их отличие?

7. Из каких материалов изготавливают постоянные магниты?

8. Каковы технология изготовления ферритов и области их применения.

9. Что такое диамагнетики и какие вещества к ним относятся?

10. Какими свойствами обладают парамагнетики?

11. Опишите явление антиферромагнетизма, приведите примеры.

12. Какими свойствами обладают ферримагнетики?

13. Что происходит при значениях температуры, называемых «Точка Кюри» и «Точка Нееля»?

14. Что такое сегнетоэлектрики и в чем их сходство с ферромагнетиками?

15.

Приложение

Принципиальная электрическая схема установки:

Спецификация к принципиальной схеме установки

Обозначение	Название элемента, тип	Тех. Характеристики
Тр2	Трансформатор ТВК-90-ПЦ-5	W1=173; W2=64
Rр1	Реостат	R=58Ω; P=25W
C2	Конденсатор МБГЧ-1	С=2мкФ; Uраб=250В
R2	Сопротивление МЛТ-2	R=6,6кΩ
Тр1	Феррит М2000НМ К20х12х6	W1=5; W2=5
R1	Сопротивление МЛТ-2	R=1,3кΩ
C1	Конденсатор МБМ	С=0,5мкФ; Uраб=160В
Rр1	Реостат	R=3,9кΩ; P=25W

Список использованной литературы.

1. А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. "Курс общей физики". — М.: Высшая школа, 1989. – 328 с.: ил.

2. В. И. Иверонова и др. "Физический практикум". — М.: Физико-математическая литература, 1962. – 225 с.: ил.

3. В. С. Попов. "Теоретическая электротехника". — М.: Энергоатомиздат, 1990. – 236 с.: ил.

4. Т. И. Трофимова. "Курс физики". — М.: Высшая школа,1998. – 347 с.: ил.

5. Д. Джанколи. "Физика". Том II. — М.: Мир, 1989. – 250 с.: ил.

6. Г. Г. Рекус, В. Н. Чесноков. "Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники". — М.: Высшая школа, 1989. – 157 с.: ил.

7. Элементарный учебник физики /Под ред. Г.С. Ландсберга. Т II/ Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1982. – 507 с.: ил.