Содержание отчета
Титульный лист.
Цель работы и краткая теория (1–2 с.).
Исходные данные и данные эксперимента.
Расчет диэлектрических проницаемостей исследуемых материалов экспериментальных конденсаторов.
Расчет удельных потерь и коэффициентов диэлектрических потерь исследованных материалов на напряжении 100 В при частоте 50 Гц.
Графики зависимостей С = f(Т, ºС); tgδ = f(T, °С); ТKC = f(T, ºС) для заданных преподавателем образцов экспериментальных конденсаторов и их сравнительный анализ.
Расчет среднего значения ТКС на исследованном интервале температур для всех испытанных конденсаторов.
Выводы.
Контрольные вопросы
Виды поляризаций диэлектриков и их сущность.
Понятие электрической постоянной ε0.
Понятие диэлектрической проницаемости материала.
Физическая сущность диэлектрических потерь.
Что характеризуют δ и tgδ?
От чего зависит величина диэлектрической проницаемости?
Какие факторы влияют на величину диэлектрической проницаемости материала?
Как получить максимальную емкость при конструировании конденсатора?
Отличие полярных от неполярных диэлектриков.
Способы определения диэлектрической проницаемости и потерь.
Как изменяются диэлектрическая проницаемость и потери под действием температуры, влажности, при изменении частоты?
Виды диэлектрических потерь.
Схемы замещения реальных диэлектриков и их векторные диаграммы.
Понятие температурного коэффициента диэлектрической проницаемости и его отличие от ТКС.
Понятие удельных потерь.
Что характеризует коэффициент диэлектрических потерь?
Лабораторная работа № 4 исследование характеристик ферромагнитных материалов
Цель работы:
Экспериментальное исследование явления гистерезиса.
Экспериментальное определение кривой намагничивания.
Исследование зависимости удельных потерь в ферромагнитном сердечнике от частоты.
Экспериментальное определение основных характеристик ферромагнитных материалов.
Пояснения к работе
При намагничивании
размагниченного ферромагнитного
материала индукция магнитного поля В
(Тл) нелинейно
зависит от напряженности внешнего
магнитного поля Н
(А/м). Графически
зависимость
,
которая называется основной кривой
намагничивания, имеет вид, приведенный
на рис. 4.1 (кривая OA).
Рис. 4.1. Основная кривая намагничивания и петля гистерезиса ферромагнитного материала
Аналитически кривую намагниченности можно описать как
(4.1)
где μ – абсолютная магнитная проницаемость материала.
На практике удобнее пользоваться относительной магнитной проницаемостью
(4.2)
где μо = 4π 10–7 Гн/м - магнитная постоянная вакуума.
Тогда (4.1) с учетом (4.2) представляется в виде
(4.3)
Следовательно, магнитная проницаемость является важной физической характеристикой магнитных свойств материала, так как характеризует реакции вещества на внешнее магнитное поле. Эта величина позволяет сравнивать между собой различные материалы. Например, у диамагнетиков μr < 1, у парамагнетиков μг > 1, у ферромагнетиков μr >> 1. К диамагнетикам относится большинство органических веществ: водород, инертные газы, азот, хлор, вода, ряд металлов: Сu, Ag, Hg, Zn, Au, Be, Cd, Рb, В, Ga, Sb, а также графит, стекло и др.
К парамагнетикам относятся соли железа, кобальта, никеля, воздух, кислород, окись азота, щелочные металлы, а также Mg, Сa, Al, Сr, Нg, Мo, Pt, Рd и др. Следует отметить, что у парамагнетиков магнитная проницаемость не зависит от напряженности внешнего магнитного поля.
К ферромагнетикам относятся Fе, Ni, Со и их сплавы, ферриты – соединения типа шпинели МeО Fe2O3 и граната 3МеО 5Fe2O3, где Me – двухвалентный металл: Fe, Ni, Mn, Zn, Со, Сu, Cd, Mg и др.
Характерными особенностями ферромагнитных материалов являются большая величина относительной магнитной проницаемости и зависимость ее от напряженности магнитного поля (рис. 4.2).
Величину μr для различных значений Н можно определить по кривой намагничивания как
(4.4)
Рис. 4.2. Типичная зависимость относительной магнитной проницаемости
от напряженности магнитного поля
Одной из характеристик материала является начальная магнитная проницаемость μH, которая определяется в слабых магнитных полях (обычно при Н = 0,1 А/м). Кривая намагничивания OA (рис. 4.1) получена при условии, что материал предварительно был размагничен. При периодическом изменении напряженности от +Нm до –Нm магнитная индукция изменяется по циклу ВS – Вr – 0 – Bs – Br – 0 – Bs (рис. 4.1), т. е. наблюдается график зависимости B(H) в виде петли гистерезиса исследуемого магнитного материала. Магнитный гистерезис – отставание намагниченности ферромагнитного материала от внешнего магнитного поля, и вследствие этого, неоднозначная зависимость магнитной индукции от напряженности внешнего магнитного поля. Магнитный гистерезис обусловлен необратимым изменением магнитных свойств ферромагнетика под влиянием тех магнитных процессов, которым он ранее подвергался. Как видно из рис. 4.1, если ферромагнетик намагнитить до насыщения Bs, а затем отключить внешнее поле, то индукция в нуль не обратится, а примет значение остаточной индукции Вr. Чтобы убрать остаточную индукцию, необходимо приложить магнитное поле противоположного направления. Напряженность размагничивающего поля Нc, при которой индукция в ферромагнетике, предварительно намагниченном до насыщения, обращается в нуль, называется коэрцитивной силой. Для различных амплитудных значений напряженности внешнего поля можно получить семейство петель гистерезиса. Петля гистерезиса, полученная при индукции насыщения, называется предельной. Остаточная индукция Вr и коэрцитивная сила Нc являются параметрами предельной петли гистерезиса. Совокупность вершин петель гистерезиса с индукциями меньше насыщения образует основную кривую намагничивания.
Циклическое перемагничивание материала происходит с определёнными потерями энергии, выделяющейся внутри материала в виде тепла. Они пропорциональны площади петли гистерезиса за один цикл перемагничивания
(4.5)
и складываются из потерь на перемагничивание, вихревые токи и магнитное последействие. Удельные потери – это потери, отнесенные к единице объема или массы.