- •Лабораторная работа э-9
- •По физике
- •За второй семестр
- •Тема: «Исследование намагничивания ферромагнетиков с помощью осциллографа»
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •1. Виды магнетиков и их характерные свойства.
- •2. Свойства ферромагнетиков. Явление гистерезиса.
- •3. Методика построения основной кривой намагничивания.
- •4. Интегрирующие свойства rc-цепи.
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Брестский государственный технический университет»
Кафедра физики
Лабораторная работа э-9
По физике
За второй семестр
Тема: «Исследование намагничивания ферромагнетиков с помощью осциллографа»
Выполнил
студент ФЭИС
группы ИИ-9
Курган А.М.
Проверил
Борушко В.В
Брест, 2012.
Цель работы: исследование явления гистерезиса и построение основной кривой намагничивания ферромагнетика; исследование интегрирующих свойств RC-цепи и определение емкости конденсатора.
Приборы и принадлежности: тороидальная катушка с сердечником из ферромагнитного вещества; электронный осциллограф типа С1-137, генератор электрических сигналов, RC-цепь, магазин сопротивлений, соединительные провода.
Ход работы
Задание 1. Исследование интегрирующих свойств RC-цепи и определение емкости конденсатора.
1. Собираем экспериментальную установку. Для этого с помощью проводников соединяем одну пару контактов 1-1’ с входом I, а контакты 3-3’—с входом II осциллографа.
2. Используя магазин сопротивлений, устанавливаем сопротивление R2 величиной 2000 Ом. Множитель частоты генератора ставим в положение «102» , уровень сигнала—в положение «0dB» и устанавливаем частоту 10Гц, при этом прямоугольные импульсы будут следовать с частотой 1000Гц. С помощью ручек «Уровень», «Время/дел», «V/дел I» и «V/дел II» получаем устойчивую картину. Используя шкалу, нанесенную на экран осциллографа, измеряем длительность прямоугольного импульса в больших делениях шкалы до десятых долей и результат умножаем на показания метки «Время/дел»:
t=0.9*2=1.8(сек).
Затем измеряем амплитуды U0 и U, соответствующие значению сопротивления R2=2000 Ом:
U0=0.8, U=1.4.
3. Повторяем измерения U0 и U при значениях сопротивления 3000 Ом, 4000 Ом и т.д. Все результаты заносим в таблицу.
№ п/п |
R, кОм |
U, B |
U0, B |
t, сек |
1 |
2 |
1.4 |
0.8 |
1.8 |
2 |
3 |
1 |
0.6 |
1.8 |
3 |
4 |
0.7 |
0.4 |
1.8 |
4 |
5 |
0.6 |
0.35 |
1.8 |
5 |
6 |
0.48 |
0.3 |
1.8 |
6 |
7 |
0.4 |
0.28 |
1.8 |
7 |
8 |
0.2 |
0.1 |
1.8 |
4. Располагая экспериментальными данными (Ri, U0i, Ui), вычисляем :
i |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
yi |
0.286 |
0.3 |
0.286 |
0.291 |
0.313 |
0.35 |
0.25 |
Отмечаем на координатной плоскости точки (Ri, yi) .
5. Рассчитываем с точки зрения МНК наилучшее значение коэффициента а:
Погрешность определения а:
6. Находим емкость конденсатора по следующей формуле:
.
7. Соединяем контакты 1-1’ с выходным гнездом генератора так, чтобы на установку поступало синусоидальное напряжение частотой 1000 Гц. Выбираем и устанавливаем такое значение сопротивление R2, чтобы выполнялось условие R2C ≥ 20τ, где С—найденное значение электроемкости конденсатора. В этом случае RC-цепь должна выполнять интегрирование входного сигнала.
Задание 2. Построение основной кривой намагничивания.
1. С помощью проводников соединяем контакты 2-2’ с входом I, а контакты 3-3’—с входом II осциллографа. Переключатель К устанавливаем в положение 2 и соединяем одну пару контактов 1-1’ с выходным гнездом генератора так, чтобы на установку поступало синусоидальное напряжение частотой 1000 Гц.
2. Устанавливаем переключатель «I, II, I и II, I+II» на передней панели осциллографа в положение «II», а переключатель «X-Y,O» в положение «X-Y». В данном случае на экране осциллографа появляется изображение петли гистерезиса. С помощью ручек, встроенных в переключатели «V/дел I» и «V/дел II», устанавливаем петлю так, чтобы ее вершины размещались симметрично относительно начала координат.
3. Размеры петли гистерезиса на экране определяются амплитудой напряжения U0, подаваемого на вход I осциллографа. Плавно изменяя эту амплитуду, убеждаемся, что правая вершина петли перемещается вдоль кривой, подобной основной кривой намагничивания. Увеличивая амплитуду, получаем петлю максимальных размеров. Затем измеряем координаты х и у вершины в больших делениях шкалы с точностью до десятых долей и результат умножаем на показания меток переключателей «V/дел I» и «V/дел II». В результате получим пару соответствующих значений напряжения (Ux, Uy), которые заносим в таблицу.
Показание метки переключателя «V/делI»: Ux=x;
Показание метки переключателя «V/дел II»: Uy=0.5y.
х=3; у=1.6.
4. Уменьшаем амплитуду и получаем еще пару соответствующих значений напряжения (Ux, Uy). Постепенно уменьшая амплитуду, повторяем измерения до тех пор, пока петля гистерезиса не превратится в точку.
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
x |
3 |
2.8 |
2.6 |
2.4 |
2.2 |
2 |
1.8 |
1.6 |
1.4 |
1.2 |
1 |
0.8 |
0.6 |
0.4 |
0.2 |
y |
1.6 |
1.5 |
1.45 |
1.42 |
1.42 |
1.41 |
1.4 |
1.39 |
1.3 |
1.2 |
1 |
0.8 |
0.7 |
0.4 |
0.2 |
Ux |
3 |
2.8 |
2.6 |
2.4 |
2.2 |
2 |
1.8 |
1.6 |
1.4 |
1.2 |
1 |
0.8 |
0.6 |
0.4 |
0.2 |
Uy |
0.8 |
0.75 |
0.725 |
0.71 |
0.71 |
0.705 |
0.7 |
0.695 |
0.65 |
0.6 |
0.5 |
0.4 |
0.35 |
0.2 |
0.1 |
5. Определяем для каждой пары значений (Ux, Uy) соответствующие значения магнитных индукций В0 и В по следующим формулам:
, где
N1=100—число витков первичной обмотки;
N2=150—число витков вторичной обмотки;
R1=90 Ом—сопротивление резистора в цепи первичной обмотки;
R2=2000 Ом.
r=0.5 см=0.005м—средний радиус тороида;
S=15 мм2=15.10-6 м2—площадь поперечного сечения тороида.
μ0=4π.10-7 Гн/м—магнитная постоянная.
Остальные вычисления проводим аналогично.
Все результаты занесем в таблицу.
№ |
В0, 10-4 Тл |
В, Тл |
9 |
0.62 |
53.2 |
10 |
0.53 |
49.2 |
11 |
0.44 |
41.0 |
12 |
0.36 |
32.8 |
13 |
0.27 |
28.7 |
14 |
0.18 |
16.4 |
15 |
0.09 |
8.2 |
№ |
В0, 10-4 Тл |
В, Тл |
1 |
1.33 |
65.5 |
2 |
1.24 |
61.4 |
3 |
1.16 |
59.4 |
4 |
1.06 |
58.2 |
5 |
0.98 |
58.2 |
6 |
0.89 |
57.8 |
7 |
0.8 |
57.3 |
8 |
0.71 |
56.9 |
На основании полученных результатов строим основную кривую намагничивания ферромагнетика.
6. Для каждой пары значений В0 и В вычисляем магнитную проницаемость .
Остальные расчеты проводим аналогично.
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
μ, 104 |
49.2 |
49.5 |
51.2 |
54.9 |
59.4 |
64.9 |
71.6 |
80.1 |
85.8 |
92.8 |
93.2 |
91.1 |
106.3 |
91 |
91 |
Строим график зависимости .
7. Используя шкалу на экране осциллографа, оцениваем площадь фигуры, ограниченной петлей гистерезиса. Вычисляем количество теплоты, выделяющейся в единице объёма ферромагнетика в единицу времени при его перемагничивании по формуле: