Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого
Высшая Школа Высоковольтной Энергетики
Отчет
о лабораторной работе №3
«Исследование намагничивания тел вращения
в однородном магнитном поле»
Группа:
Выполнили:
Преподаватель
Цель работы: Целями работы заключается в исследовании явления намагничивания ферромагнитных тел в не изменяющихся во времени магнитных полях, ознакомлении с методами и средствами измерения индукции и напряжённости магнитного поля вне и внутри исследуемых образцов.
Схема установки:
Рис.1 Схема установки
Описание установки и приборов:
Установка содержит следующие элементы:
Катушки Гельмгольца со средним радиусом R=12,5 см, числом витков w=7900 и расстоянием между средними плоскостями расположенных коаксиально катушек равным их среднему радиусу R; источник постоянного напряжения; 4 эллипсоида вращения, изготовленных из одного материала:
Шар, спрессованный из стальных опилок с немагнитным наполнителем, называемый композитным;
Стальной шар
Овоид
Сфероид
Приборы: измерительная катушка, баллистический гальванометр, амперметр, магнитный пояс
Ход работы:
1. Определение магнитной индукции
Исследуемые образцы помещаем в фиксатор между катушками на их оси и располагают на стойке так, чтобы их оси вращения совпадали с осью катушек возбуждения. При размещении эллипсоидов в однородном поле внутри них поле изменяется, но остаётся однородным. Для определения магнитной индукции в теле эллипсоида используем измерительную катушку, включённую в цепь баллистического гальванометра. Через катушки пропускаем ток I=0.7 A.
Отклонение светового пятна баллистического гальванометра пропорционально магнитному потоку, сцепляющемуся с измерительной катушкой. Так как эллипсоид намагничен однородно, и измерительная катушка плотно охватывает, то отсчёт по шкале гальванометра пропорционален магнитной индукции в теле эллипсоида . Эллипсоид удаляют, оставляя измерительную катушку в том же положении, и вновь определяют показания гальванометра при выключении тока в катушках. Отклонение светового пятна в этом случае пропорционально магнитной индукции однородного внешнего поля.
Обозначим отношение двух отсчётов по шкале гальванометра (при наличии и при отсутствии эллипсоида) :
Величину определим для всех исследуемых тел вращения.
Отсутствие тел вращения |
Овоид |
Сфероид |
Композитный шар |
Ферромагнитный шар |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
57 |
4,07 |
23 |
1,64 |
22 |
1,57 |
39 |
2,79 |
Пример расчёта для овоида:
2. Определения напряжённости магнитного поля
Вновь устанавливают эллипсоид на подставке, располагают пояс так, чтобы он своими концами плотно примыкал к полюсам, лежащим на оси вращения эллипсоида, но не охватывал катушки возбуждения. Таким образом, включая в обмотку магнитного пояса в цепь баллистического гальванометра и производя отсчёт по шкале при включении или отключении тока в катушках, получают возможность измерить магнитодвижущую силу вдоль оси эллипсоида. Так как поле внутри эллипсоида однородно, то
Следовательно, показание гальванометра будет пропорционально напряжённости поля в теле эллипсоида. Выполнив опыт, удаляем образец, фиксируя концы пояса в том же положении с помощью немагнитного вкладыша, продольный размер которого равен длине соответствующего эллипсоида. Отсчёт по шкале гальванометра при включении или выключении тока в катушках возбуждения пропорционален величине , т.е. напряженности внешнего однородного поля. Обозначив отношение двух отчетов по шкале гальванометра h, можем записать:
Овоид |
Сфероид |
Композитный шар |
Ферромагнитный шар |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4 |
19 |
0,21 |
3 |
6 |
0,5 |
10 |
14 |
0,71 |
3 |
14 |
0,21 |
3. Расчёт напряжённости и индукцию поля, создаваемого катушками Гельмгольца
Напряжённость и индукцию внешнего однородного поля, создаваемого катушками Гельмгольца, можно рассчитать с помощью выражений:
4. Расчёт значений коэффициентов размагничивания N для всех тел
Коэффициенты размагничивания можно найти по следующей формуле:
Овоид |
Сфероид |
Композитный шар |
Ферромагнитный шар |
|||||||||
b |
h |
N |
b |
h |
N |
b |
h |
N |
b |
h |
N |
|
4,07 |
0,21 |
0,2 |
1,64 |
0,5 |
0,44 |
1,57 |
0,71 |
0,33 |
2,79 |
0,21 |
0,31 |
Теоретический расчёт коэффициента размагничивания
, где
-
Овоид
Сфероид
Композитный шар
Ферромагнитный шар
N
N
N
1,5
0,233
0,5
0,456
1
0,33
1
0,33
Пример расчёта
5. На основании рассчитанных по результатам эксперимента значениям b, h и N определяют характеристики поля:
|
|
h |
N |
|
,Тл |
,Гн/м |
, |
M, |
Овоид |
4,07 |
0,21 |
0,2 |
2689 |
0,252 |
9,37 |
1012 |
5060 |
Сфероид |
1,64 |
0,5 |
0,44 |
2022 |
0,102 |
5,05 |
2022 |
4595 |
К. шар |
1,57 |
0,71 |
0,33 |
6699 |
0,097 |
1,46 |
2736 |
8291 |
Шар |
2,79 |
0,21 |
0,31 |
1981 |
0,173 |
8,73 |
7454 |
24050 |
Пример расчёта для шара:
5. Зависимость В от r.
r |
5 |
10 |
20 |
30 |
B(r) |
75 |
76 |
82 |
108 |
Вывод:
В ходе работы было исследовано явление намагничивания ферромагнитных тел в постоянных во времени магнитных полях. Были найдены расчётные значения напряжённости и индукции магнитного поля. Также была построена зависимость индукции от координаты r.
Полученные коэффициенты размагничивания N получились близкими по значению (расчётное значение и экспериментальное): для овоида N должно лежать в пределе 0< N <1/3, для сфероида 1/3< N <1, для шара N должно быть близко к 1/3. Как показывают данные, результаты опыта и расчёта достаточно близки к этим значениям и мало отличаются друг от друга.
Санкт-Петербург
2021