Електровимірювальні прилади

Вимірювальний прилад магнітоелектричної системи має таку будову (мал. 139). На легкій алюмінієвій рамці прямокутної форми 2 з прикріпленою до неї стрілкою 4 намотано котушку. Рамка закріплена на двох півосях ОО'. У положенні рівноваги її підтримують дві тонкі спіральні пружини 3. Сили пружності з боку пружин, що повертають котушку в положення рівноваги, пропорційні куту відхилення стрілки від положення рівноваги. Котушку встановлюють між полюсами постійного магніту М з наконечниками спеціальної форми.

Всередину котушки вставлено циліндр з м'якого заліза 1. Така конструкція забезпечує радіальний напрям ліній магнітної індукції в тій частині, де знаходяться витки котушки (мал. 140). У результаті при будь-якому положенні котушки сили, що діють на неї з боку магнітного поля, максимальні і при незмінній силі струму сталі. Вектори і - зображають сили, які діють на котушку з боку магнітного поля і повертають її. Котушка із струмом повертається доти, поки сили пружності з боку пружини не зрівноважать сили, що діють на рамку з боку магнітного поля. Збільшуючи силу струму в два рази, виявимо, що стрілка повертається на кут, удвоє більший, і т. д. Так відбувається тому, що максимальні сили, які діють на котушку з боку магнітного поля, прямо пропорційні силі струму: _m ~ І. Завдяки цьому можна визначити силу струму за кутом повороту котушки, якщо прилад проградуювати. Для цього треба встановити, яким кутам повороту стрілки відповідають відомі значення сили струму.

Таким самим приладом можна вимірювати напругу. Для цього слід проградуювати прилад так, щоб кут повороту стрілки відповідав певним значенням напруги. Крім того, опір вольтметра має бути значно більшим за опір амперметра.

Магнітні властивості речовини

Магнетики - всі речовини, здатні намагнічуватися в зовнішньому магнітному полі , тобто створювати власні (внутрішні) магнітні поля самої речовини: =+.

При введенні сердечника всередину соленоїда початкове значення магнітного потоку змінюється. Вплив речовин на величину магнітного потоку можна пояснити тим, що до магнітного потоку, що виникає при проходженні струму в соленоїді, приєднується струм, створюваний елементарними струмами Ампера. Відношення магнітних потоків в соленоїді з сердечником, Ф, і без сердечника, Фо, характеризує магнітні властивості матеріалу сердечника і називається магнітною проникністю (або для однорідних середовищ і симетричних тіл). Величина  залежить від атомної будови речовини. Для вакууму  = 1.

Матеріали, у яких магнітна проникність більше одиниці, називають парамагнітними. В парамагнітному середовищі початковий магнітний потік посилюється. До парамагнітних матеріалів належить марганець, хром, платина, алюміній.

Матеріали, у яких магнітна проникність менше одиниці, називають діамагнітними. В діамагнітному середовищі початковий магнітний потік зменшується. До діамагнітних речовин належать вісмут, цинк, свинець, мідь, срібло, золото, сіра, віск.

Парамагнітні тіла притягуються до магніту. Діамагнітні - відштовхуються.

Для більшості речовин магнітна проникність мало відрізняється від одиниці. Тіла з великою магнітною проникністю (µ>>1) називають феромагнетиками (залізо, кобальт, нікель, рідкоземельні еле­менти і багато сплавів). Проте магнітні поля в феромагнетиках створюються не внаслідок обертання електронів навколо ядер, а внаслідок їх власного обертання. Електрон завжди ніби обертається навколо своєї осі й, маючи заряд, створює магнітне поле поряд з полем, яке з'явилося завдяки його руху навколо ядра.

Температура Кюрі. При температурах, вищих за деяку певну для даного феромагнетика температуру, його феромагнітні властивості зникають. Цю температуру називають температурою Кюрі на честь французького вченого, який відкрив це явище. Якщо намагнічений цвях дуже нагріти, то він втратить здатність притягати до себе залізні предмети. Температура Кюрі Т_Fe = 753°С, Т_Ni=365°С, Т_Со=1000 ^oС. Є феромагнітні сплави, у яких температура Кюрі менша за 100 °С.

Перші докладні дослідження магнітних властивостей феромагнетиків зробив видатний російський фізик О. Г. Столєтов (1839—1896).

Феромагнетики та їх застосування. Хоча феромагнітних тіл у природі не так уже багато, саме вони мають найбільше практичне значення. Вставляючи залізне або стальне осердя в котушку з електричним струмом, можна в багато разів підсилити створюване нею магнітне поле, не збільшуючи сили струму в котушці. Це економить електроенергію. Осердя трансформаторів, генераторів, електродвигунів тощо виготовляють з феромагнетиків.

Магнітна проникність феромагнетиків нестала. Вона залежить від вектора магнітної індукції — магнітного поля.

Якщо зовнішнє магнітне поле вимкнути, феромагнетик лишається намагніченим, тобто створює магнітне поле в навколишньому просторі. Упорядкована орієнтація елементарних струмів не зникає, коли вимкнути зовнішнє магнітне поло. Завдяки цьому існують постійні магніти.

Постійні магніти широко застосовують в електровимірювальних приладах, гучномовцях і телефонах, звукозаписувальних апаратах, магнітних компасах тощо.

Великого застосування набули ферити — феромагнітні матеріали, що не проводять електричного струму. Це хімічні сполуки оксидів заліза з оксидами інших речовин. Перший з відомих людям феромагнітних матеріалів — магнітний залізняк — є феритом.

Магнітний запис інформації.

З феромагнетиків виготовляють магнітні стрічки і тонкі магнітні плівки. Магнітні стрічки широко використовують для звукозапису в магнітофонах і відеозапису в відеомагнітофонах.

Магнітна стрічка являє собою гнучку основу з поліхлорвінілу чи інших речовин. На неї нанесено робочий шар у ви­гляді магнітного лаку, що складається з дуже дрібних голчастих частинок заліза чи іншого феромагнетика і зв’язуючих речовин.

На стрічці звук записують за допомогою електромагніту, магнітне поле якого змінюється в такт із звуковими коливаннями. Коли стрічка рухається поблизу магнітної головки, намагнічуються різні ділянки плівки (мал. 148). При відтворенні звуку відбувається зворотний процес: намагнічена стрічка збуджує в магнітній головці електричні сигнали, які після підсилення надходять на динамік магнітофона.

Тонкі магнітні плівки складаються з шару феромагнітного матеріалу завтовшки від 0,03 до 10 мкм. їх застосовують у запам'ятовуючих пристроях електронно-обчислювальних машин (ЕОМ). Магнітні плівки призначені для запису, зберігання і відтворення інформації, їх наносять на тонкий алюмінієвий диск чи барабан. Інформацію записують і відтворюють приблизно так само, як і на звичайному магнітофоні. В ЕОМ інформацію можна записувати і на магнітних стрічках.

Вправа 11.

1. Використовуючи правило свердлика і правило лівої руки, показати, що струми, напрямлені паралельно, притягуються, а протилежно — відштовхуються.

2. По двох прямолінійних провідниках, що схрещуються під прямим кутом, пропустили струми І₁ і І₂. Як змінилося розміщення провідників один відносно одного?

3. Провідник завдовжки l = 0,15 м і з силою струму I = 8 А перпендикулярний до вектора магнітної індукції однорідного магнітного поля, модуль якого В = 0,4 Тл. Визначити роботу, виконану під час переміщення провідника на 0,025 м у напрямі дії сили Ампера.

Римкевич 821,822,829;

832,842;

846-848.