Лабораторная работа №5 изучение явления магнитного гистерезиса, определение температуры кюри и намагниченности насыщения

Цель работы: Построить экспериментально петлю гистерезиса ферромагнетика при различных значениях температуры, определить температуру Кюри и намагниченность насыщения.

Описание экспериментальной установки

Принципиальная схема экспериментальной установки показана на рис.9, а монтажная на рисунке 10.

Исследуемый образец ферромагнетика представляет собой кольцевой сердечник из феррита, сечение и длина средней линии которого указаны на этикетке миниблока «Точка Кюри». На сердечнике имеются две одинаковых катушки по 100 витков. Одна из них подключается к источнику синусоидального напряжения и служит для создания переменного магнитного потока в сердечнике. К другой катушке подключён интегратор для измерения индукции магнитного поля.

Выходное напряжение интегратора пропорционально величине индукции магнитного поля намагниченного ферромагнетика:

,

где – параметры интегратора, – сечение сердечника, а – магнитная индукция.

Для исключения постоянной составляющей переключатель «Сброс» интегратора должен находиться в замкнутом состоянии.

Отсюда магнитная индукция в сердечнике выражается формулой:

. (11)

Напряжение с шунта амперметра подаётся на горизонтальный вход виртуального осциллографа, а напряжение с выхода интегратора - на вертикальный вход. Поскольку пропорционально напряжённости магнитного поля, а - магнитной индукции, экране осциллографа отображается в определённом масштабе зависимость .

Нагревание образца осуществляется встроенным в миниблок «Точка Кюри» резистором . Напряжение на нём можно регулировать от 15 до 30 В с помощью ручки управления регулируемого источника постоянного напряжения. С увеличением напряжения увеличивается яркость свечения сигнальной лампочки, встроенной в миниблок.

Порядок выполнения работы

1. Соберите лабораторную установку как показано на рис. 10. В качестве амперметра и вольтметра используйте виртуальные приборы: вольтметр V1 и амперметр А1. Подключение виртуальных приборов осуществляется интерфейсными кабелями через «Коннектор» ^.

2. Установите пределы измерения для амперметра , для вольтметра .

3. Регулятор напряжения выведите в крайнее правое положение. Переключатель на миниблоке «Интегратор» установите в положении «Сброс».

4. Включите компьютер и откройте блок виртуальных приборов «Приборы I». Активизируйте в верхнем окне этого блока прибор V1, а в третьем сверху – А1 и установите род измеряемой величины – «Амплитуда».

5. В разделе «Меню» блока виртуальных приборов, «Приборы I», выберите виртуальный осциллограф, «подключите» к его первому каналу сигнал V1, а к третьему – сигнал А1. Установите длительность развёртки 500 мкС/дел.

6. Включите блок генераторов напряжений, установите на генераторе напряжений специальной формы синусоидальный сигнал частотой 0,20…0,25 кГц максимальной амплитуды.

7. Убедитесь, что на виртуальном осциллографе появилось изображение примерно одного периода двух сигналов: кривая белого цвета соответствует изменению выходного напряжения интегратора, т.е. индукции магнитного поля, кривая зелёного цвета – изменению тока, т.е. напряженности намагничивающего поля. При необходимости сместите изображение по горизонтали, в центр экрана.

8. В ключите режим X-Y осциллографа и убедитесь, что на экране появилось изображение петли гистерезиса. Отрегулируйте намагничивающий ток таким образом, чтобы амплитудное значение магнитной индукции соответствовало границе области насыщения. Для этого уменьшайте ток до тех пор, пока не исчезнут однолинейные концы петли гистерезиса.

9. Зафиксируйте масштабы осциллографа нажатием кнопок 1 и 3 на блоках входов. При этом кнопки приобретают красный цвет, и в дальнейшем, при изменении размеров петли гистерезиса, масштабы экрана осциллографа автоматически изменяться не будут.

10. Откройте, в разделе «Меню» блока виртуальных приборов, виртуальный прибор «Термометр/термостат» и запишите в таблицу 2. исходные значения температуры, амплитуды тока (показания прибора А1) и амплитуды выходного напряжения интегратора (показания прибора V1).

Таблица 2: Результаты измерения температуры ферромагнетика и выходного напряжения интегратора.

		40	60	80	100	110	120	130

11. Перерисуйте петлю гистерезиса при данной температуре на масштабно-координатную бумагу или сделайте печатную копию экрана осциллографа. Для этого нажмите Alt+PrtSc и вставьте рисунок в какой-нибудь свой файл.

12. Включите термостат, щёлкнув мышкой на клавише «Включить термостат» и введите значение температуры, до которой Вы желаете нагреть образец. Следите за процессом нагрева по красному столбику виртуального термометра.

13. Когда заданная температура будет достигнута, отключите нагрев ферромагнетика, запишите новые значения температуры и амплитуды напряжения в таблицу 2. Сохраните полученное изображение петли гистерезиса. Введите следующее заданное значение температуры.

14. Повторяйте опыт до достижения температуры Кюри, при которой петля гистерезиса вырождается в прямую линию.

ВНИМАНИЕ. При достижении температуры Кюри необходимо сразу же прекратить дальнейший нагрев ферромагнитного образца.

15. Рассчитайте значение напряженности намагничивающего поля в первичной катушке по формуле (8).

16. Рассчитайте значения магнитной индукции по формуле (11), переведите температуру в градусы Кельвина и постройте экспериментальную зависимость .

17. Оцените магнитную индукцию насыщения при температуре путем экстраполяции, по формуле:

.

В этом выражении

• значение магнитной индукции, определяемое пересечением с осью горизонтальной секущей, проходящей через точку максимальной кривизны графика функции ;

• значение магнитной индукции, определяемое пересечением с осью касательной к графику функции , в точке максимальной кривизны.

18. Рассчитайте намагниченность насыщения при температуре по формуле:

.