300_p307_C10_2612

вторичной обмотке резко падает, что отмечается микроамперметром. Причина такого изменения э.д.с. заключается в следующем. Нагревательная спираль обладает как индуктиавным, так и омическим R1 сопротивле-

ление, L - коэффициент самоиндукции или индуктивность, который пропорционален магнитной проницаемости µ: L = µ L0 , L0

зависит от геометрии катушки. С другой стороны UL = −ε'инд-

падение напряжения на чисто индуктивном сопротивлении, численно равное э.д.с. индукции, возникающей в первичной цепи. Таким образом, э.д.с. индукции равна

первичной обмотки, равный Ф = N1Ф1 , где Ф1 - магнитный поток,

проходящий через один виток.

Такой же магнитный поток Ф1 пронизывает каждый виток вторичной обмотки. Общий поток, проходящий через виток N2 витков вторичной обмотки, равен Ф2 = N2Ф1.

Тогда э.д.с. индукции в первичной и вторичной обмотках равны соответственно , ε'инд − = N1 ddtФ1 и , ε’ 'инд − = N2 ddtФ1 , откуда

ε’ 'инд = N2 ε'инд.

N1

98

Подставив в последнее выражение значение ε'инд из уравнения (1), получим

Из формулы (2) следует, что при U1 → I1R1 э.д.с. индукции во

вторичной обмотке стремится к нулю нулю.

Равенство U1 = I1R1 выполняется лишь в том случае, когда ин-

дуктивное сопротивление в цепи первичной катушки равно нулю. Когда температура образца достигает точки Кюри, коэффициент самоиндукции, а следовательно, и индуктивное сопротивление первичной обмотки резко уменьшается и практически становится равным нулю. Поэтому ε''инд ≈ 0 , а значит и ток во вторичной об-

мотке отсутствует. На этом основано определение точки Кюри ферромагнетиков.

Измерения.

Собрать установку (рис. 2). Подать на печь напряжение не более 127В и через каждые десять градусов записывать значение тока в цепи вторичной катушки по микроамперметру. Возле точки Кюри, когда значение тока начинает расти медленнее, данные следует записывать через каждые 5 градусов. Когда ток во вто-

таковой требуется) строят графики так, как показано на рис. 3. По оси x откладывают температуру образца, соответствующую показаниям милливольтметра. Отсчет температуры проводят по нижней шкале прибора, соответствующей термопаре алюмельхромель.

99

Для определения точки Кюри из точки перегиба А проводят пунктирную прямую до пересечения с осью Х, это и будет значение температуры Кюри.

Контрольные вопросы.

1)Что такое точка Кюри?

2)Начертите и объясните схему установки.

3)Почему э.д.с. индукции во вторичной обмотке резко уменьшается при достижении образцом точки Кюри?

4)Как классифицируются магнетики?

5)Почему значение µ для ферромагнетиков велико?

6)Почему при определенной температуре ферромагнетики изменяют свои магнитные свойства?

100

Лабораторная работа 3-4

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: исследование зависимости индукции магнитного поля в ферромагнетике от величины намагничивающего поля. Принадлежности: электронный осциллограф, ЛАТР (лабораторный автотрансформатор), блок, состоящий из сопротивлений, конденсатора и тороида.

1 2

R1 = 600 Ом, R2 = 33кОм

N1 =110 витков, N2 = 40 витков

C = 2 мкФ, r =1,5 10−2 м, S =1,71см2 Рис.1

Чтобы получить кривую намагничивания на экране осциллографа, нужно на горизонтальный усилитель “Х” подать сигнал, пропорциональный напряженности магнитного поля H , а на вертикальный усилитель - сигнал, пропорциональный магнитной индукции B .

В используемой схеме на горизонтальный усилитель осциллографа подается падение напряжения на сопротивлении R1, включенном по-

следовательно с намагничивающей обмоткой. Это напряжение пропорционально току в обмотке, а, следовательно, и напряженности магнитного поля:

( n = N1 / l1 );

91

Так как на первую обмотку подается переменное напряжение, то, согласно (1), напряженность магнитного поля в ней будет изменяться

счастотой переменного тока в интервале значений от - H до + H На вертикальный усилитель осциллографа подается напряжение,

возникающее во второй обмотке:

ε = −N2 ddФt = −N2S dBdt ,

S - площадь витка; N2 - число витков во второй обмотке.

Согласно закону Ома, во второй обмотке

ε = I 2 R2 + U c

где I2 - сила тока во второй обмотке, R2 - сопротивление резистора, R2 Uc - напряжение на пластинах конденсатора C . В условиях эксперимента R2 и C так велики, что I2 R2 >>U 2 ; поэтому

темы. Из уравнений (2) и (3) видно, что напряжение U1 пропорционально напряженности магнитного поля, а напряжение Uс пропор-

92

ционально индукции магнитного поля в образце. Напряжение U1 подается на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, а Uс

- на вертикально отклоняющие пластины, в результате чего электронный луч в направлении оси Х будет отклоняться пропорционально напряженности Н, а в направлении оси Y - пропорционально индукции В. За полный цикл изменения Н электронный луч опишет замкнутую кривую - петлю гистерезиса.

Изменяя входное напряжение на первичной обмотке, получим семейство различных петель. Вершина каждой петли лежит на основной кривой намагничивания.

Напряжения U1 и Uс можно определить, зная величины напряжений ax и a y , вызывающих отклонение луча на одно деление в направлении осей Х и Y. Тогда U1 = x ax , Uc = y ay ( x, y - координа-

ты вершин петель гистерезиса). Подставив последние выражения в формулы (2), (3), получим:

Задание 1. Снять кривую намагничивания.

Ход работы:

1.Разобраться в схеме, предложенной в данной работе.

2.Включить питание осциллографа и вынести электронный луч в центр экрана

3.Определить чувствительность усилителей вертикали и горизонтали осциллографа при конкретном положении ручек “Усиление”. Для этого необходимо включить установку и регуляторами “R”, “Усиление Х”, “Усиление Y” и ЛАТРа добиться на экране максимально возможной неискаженной петли (до конца эксперимента положение ручек “Усиление Х” и “Усиление Y” остается постоянным!). Отключить установку от осциллографа и определить чув-

93

ствительность усилителей, для чего подать на вход “Х” и “Y” поочередно сигнал известной амплитуды (например, контрольный сигнал осциллографа) и измерить отклонения X0 и Y0 по шкалам

ax и ay ,- “чувствительности” осциллографа в направлении

осей Y ” и “Х Эти величины остаются постоянными при неизменных коэффициентах усиления.

4.Подключить установку к осциллографу. Уменьшая с помощью ЛАТРа напряжение, получить семейство петель гистерезиса (не менее 12).

5.Для каждой петли снять координаты вершин “Х” и “Y”.

6. По формулам (4) определитьK x и K y , а также Н и В для коорди-

нат вершин всех полученных точек. Показания занести в таблицу, указать размерность величин.

7.Построить график B = f (H )

8.По графику B = f (H ) построить график зависимости µ = f (H)

Задание 2. Определить потери энергии при перемагничивании

Величина потерь энергии в единице объема образца за один цикл перемагничивания определяется уравнениемW = ∫HdB . Если частота

изменения напряжения равна ν , то количество тепла Q, выделяемое за 1сек равно:

N = ∫ ydx - площадь петли гистерезиса.

Ход работы:

94

1.Построить полученную на осциллографе петлю гистерезиса на миллиметровой бумаге. Определить ее площадь N , подсчитывая число клеток, охваченных петлей. Проделать задание для 4-5 петель.

2.Зная K x , K y и N, вычислить потери энергии на перемагничивание по формуле (6).

3.Сделать вывод по проделанной работе.

Контрольные вопросы

1.Чем отличаются векторы магнитной индукции В и напряженности магнитного поля Н.

2.Что такое магнитная восприимчивость? Магнитная проницаемость?

3. Как по графику функции В=В(Н) можно построить график

µ= f (H) ?

4.Как классифицируются магнетики ?

5.Какими свойствами обладают диа- и парамагнетики?

6.Что такое ферромагнетики, и каковы их свойства?

7.Дать определение величинам, характеризующим магнитное поле вещества. Указать размерности этих величин.

8.Какие процессы в образце характеризует петля гистерезиса?

9.Что такое коэрцитивная сила?

10.Как определяется потеря энергии при перемагничивании ферромагнетика?

Рекомендуемая литература

1.Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. М.: Высшая школа, 1983.

2.Сивухин Д.В. Общий курс физики. М.: Наука, 1990. Т.3

3.Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1984.

4.Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1976.

5.Савельев И.В. Курс общей физики. М.: Наука, 1987. Т.2.

6.Фейнман Р. и др. Фейнмановские лекции по физике. Т.7.

95

2

При мгновенном изменении энергии ( dt →0 ) мощность P бесконечно велика, что, естественно, может быть лишь при бесконечно больших токах и напряжениях в цепи. В большинстве случаев это и является причиной выхода из строя электронной аппаратуры.

Цель работы

Цель работы – изучение переходных процессов, протекающих в электрических цепях, составленных из сопротивлений, индуктивностей и емкостей (в так называемых RC- и RL-цепочках).

Рис. 1. Эквивалентная схема генератора импульсного напряжения прямоугольной формы, нагруженного на RC-цепочку

1. Электрический импульс, проходящий через RC-цепочку

Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис.1. Пусть в начальный момент времени (t=0) конденсатор не заряжен. Перекинем ключ К в положение а на время Т, затем снова вернем его в положение б. Такая схема эквивалентна генератору прямоугольного импульса с нулевым внутренним сопротивлением, напряжение на выходе которого есть

Если к такому генератору (рис. 1) подключить резистор и конденсатор (RC-цепочка) а на выходе снимать напряжение UC с обкладок конденсатора, то RC-цепочка называется интегри-

2