Описание метода исследования

Исследовать основные свойства ферромагнетика можно с помощью предельной петли магнитного гистерезиса. Получить и наблюдать на экране осциллографа петлю гистерезиса можно с помощью электрической схемы, которая приведена на рис. 8.5.

На ферромагнитный образец, выполненный в виде тороида, равномерно намотаны две обмотки с числом витков N₁ и N₂. Через сопротивление R₁ на первичную обмотку подается от блока питания (БП) переменное напряжение. Напряжённость намагничивающего поля в тороиде будет определяться током I₁, протекающим через обмотку

, (8.3)

где l – длина осевой линии тороида, – число витков на единицу длины осевой линии. Величину тока в первичной обмотке можно найти из формулы, определяющей падение напряжения на резисторе R₁

. (8.4)

Тогда напряжённость магнитного поля будет равна

. (8.5)

При изменении магнитного поля, созданного первичной обмоткой, во вторичной возникает ЭДС индукции

, (8.6)

и индукционный ток

, (8.7)

где R₂ – сопротивление цепи вторичной обмотки,  = BS – магнитный поток через один виток тороида; В – индукция магнитного поля в тороиде; N₂ – число витков вторичной обмотки; S – площадь поперечного сечения сердечника.

В результате протекания индукционного тока в цепи вторичной обмотки на интеграторе накапливается заряд

. (8.8)

Напряжение на выходе интегратора пропорционально прошедшему через него заряду, а значит и индукции магнитного поля:

,

откуда следует

, (8.9)

здесь b – градуировочная постоянная интегратора, – постоянная установки.

Из уравнений (8.5) и (8.9) видно, что если напряжение U₁ подать на вход горизонтальной развертки осциллографа, а напряжение – на вход вертикальной развёртки, то электронный луч в направлении горизонтальной будет отклоняться пропорционально напряжённости Н, а в направлении вертикальной – пропорционально индукции В. За один период синусоидального изменения тока след электронного луча на экране опишет полную петлю гистерезиса, а за каждый последующий период в точности повторит её. Поэтому на экране будет наблюдаться неподвижная петля гистерезиса.

Описание установки

О борудование: генератор сигналов специальной формы (ГССФ), осциллограф, мультиметр, миниблоки «Сопротивление» 100 Ом, «Интегатор тока», «Ферромагнетик».

Рис. 8.6. Миниблок «Интегратор тока». Входы: А «+», В «» или «–»; 1 – индикатор перегрузки; 3 – интегратор; 2 – питание интегратора «+15 В»; С – выход на вольтметр; 4 – демпферный ключ; 5 – питание интегратора «–15 В»

Этот миниблок предназначен для преобразования электрического заряда, протекающего в электрической цепи, в напряжение . В случае если накопленный заряд превышает допустимый уровень, загорается индикатор 1 «Перегрузка». Для сброса заряда, накопленного интегратором, тумблер 4 надо перевести в положение «Сброс». Питание интегратора осуществляется от нерегулируемого источника стабилизированных постоянных напряжений «+15 В» и «–15 В».

Рис. 8.7. Миниблок «Ферромагнетик»:

1 – переключатель направления тока в первичной обмотке, 2 – кольцевой ферромагнитный сердечник с первичной обмоткой N₁ (выводы AB) и вторичной обмоткой N₂ (выводы ВD)

Этот миниблок предназначен для изучения магнитных свойств ферромагнетика.

На рис. 8.8 приведена электрическая схема установки.

Рис. 8.8. 1 – ГССФ, 2 –миниблок «Сопротивление» 100 Ом, 3 – миллимаперметр, 5 – миниблок «Ферромагнетик» 8 – миниблок «Интегратор тока», U_X, U_Y – напряжения, подаваемые на входы X и Y осциллографа; 9 –вольтметр

В миниблоке «Ферромагнетик» 5 первичная N₁ и вторичная N₂ обмотки намотаны на кольцевой ферромагнитный сердечник 4. Для намагничивания магнетика первичную обмотку N₁ подключают к выходу генератора сигналов специальной формы 1, в котором выбран режим синусоидального напряжения. Напряжение U_Х, снимаемое с сопротивления R₁ (пропорциональное напряжённости магнитного поля Н), подается на вход горизонтальной развертки осциллографа. Вторичная обмотка подключается к входу интегратора тока 7. Напряжение с выхода интегратора U_Y (пропорциональное индукции магнитного поля B), подаётся на вход вертикальной развёртки осциллографа. Одновременно это же напряжение измеряется вольтметром 9. Амплитудные значения напряжённости намагничивающего поля и магнитной индукции в ферромагнетике рассчитываются по формулам:

, (8.10)

, (8.11)

где I₁ и – действующие значения тока и напряжения, регистрируемые амперметром и вольтметром.

Рис. 8.9. Монтажная схема:

ЭО – электронный осциллограф; обозначения 2, 3, 5, 8, 9 – см. рис. 8.8