Додаткове завдання

Порядок виконання роботи

1. Зібрати схему згідно з рис. 1.

2. Виміряти омметром активний опір котушки.

3. Виміряти силу струму через котушку для трьох значень напруги, змінюючи її за допомогою потенціометра.

4. За формулою (6) визначити відповідні значення і знайти середнє значення .

5. За формулою (5) обчислити коефіцієнт самоіндукції , підставивши середнє значення .

6. Замінити котушку конденсатором (див. рис. 2) та провести аналогічні вимірювання і визначити середнє значення . За формулою (8) обчислити ємність конденсатора.

7. Обчислити похибки визначення і .

1. Зібрати схему згідно з рисунком 3.

2. Виміряти для трьох різних значень сили струму відповідні їм напруги, обчислити за формулою (6) повні опори ділянки кола, на якій включені конденсатор і котушка. Знайти середнє значення .

3. Використовуючи знайдені раніше значення , та , обчислити індуктивний опір , ємнісний опір і перевірити формулу (3).

3.10. ВИВЧЕННЯ ЯВИЩА ГІСТЕРЕЗИСУ У ФЕРОМАГНЕТИКАХ

1. Теоретичні відомості.

Основною характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції . Поряд з цією величиною використовується інша характеристика магнітного поля — вектор напруженості , зв’язаний з співвідношенням:

, (1)

де — магнітна стала; — безрозмірна величина, яка характеризує магнітні властивості речовини і називається магнітною проникливістю речовини. Напруженість не залежить від властивостей середовища. Вона характеризує магнітне поле струмів, які створюють зовнішнє по відношенню до даного середовища магнітне поле, під дією якого середовище намагнічується, тобто у ньому виникає „власне” (внутрішнє) магнітне поле. Обидва поля у сумі дають результуюче поле, яке характеризується вектором магнітної індукції . У випадку слабомагнітних речовин магнітна індукція є однозначною лінійною функцією величини . Для сильномагнітних речовин (феромаг­нетиків) є складною функцією величини , тому що магнітна проникливість феромагнетика залежить як від величини напруженості зовнішнього магнітного поля , так і від того намагнічування, якого феромагнетик зазнав раніше. Феромагнетик має властивість зберігати намагніченість після зняття зовнішнього магнітного поля. Ця властивість виявляє себе у так званому явищі гістерезису, коли феромагнетик знаходиться у змінному за величиною і напрямом магнітному полі. Якщо ненамагнічений феромагнетик помістити у поступово зростаюче магнітне поле, то залежність від виразиться ділянкою ОА на рис. 1.

При зменшенні напру­женості магнітного поля індукція буде зменшуватись по кривій АД, розташованій вище кривої ОА, в результаті чого намагніченість феромагнетика не зникає, коли напруженість стане рівною нулю (точка Д). Величина магнітної індукції, яка відповідає відрізку ОД, називається залишковою індукцією. Індукція стає рівною нулю лише під дією протилежно напрямленого поля з напруженістю, рівною відрізку ОК, яка називається коерцитивною силою. Подальше збіль­шення напруженості у цьому ж напрямку збіль­шує індукцію до точки . Якщо від точки зменшити напруженість до нуля, а потім, змінивши напрям поля, збільшувати напруженість, то в результаті отримаємо замк­нену криву , названу петлею гістерезису.

Явище гістерезису пояснюється доменною структурою феромагнетиків.

2. Опис схеми та методу вимірювань

Метою роботи є одержання петлі гістерезису за допомогою осцилографа, а також дослідження залежності роботи пере­магнічування феромагнетика, який поміщений у магнітне поле змінного струму, від потужності струму.

Петлю гістерезису можна отримати на екрані осцилографа, використовуючи інтегратор імпульсів напруги. Принципова схема установки зображена на рис.2. Досліджуваним феромагнетиком є залізний сердечник трансформатора. Первинна обмотка трансфор­матора живиться через опір змінним струмом .

Оскільки магнітні силові лінії зосереджені всередині сердечника, то можна вважати, що збуджуване струмом первинної обмотки магнітне поле буде мати всюди у сердечнику однакову напруженість, величина якої визначається згідно із законом повного струму співвідношенням:

, (2)

де — довжина магнітопроводу трансформатора, — число витків первинної обмотки.

Напруга , яка знімається з опору , дорівнює:

. (3)

Підставивши у формулу (3) значення з (2), отримаємо:

. (4)

Якщо подати напругу на горизонтальний вхід осцилографа, то відхилення електронного променя вздовж горизонтальної осі буде, як видно з (4), пропорційно напруженості магнітного поля.

У вторинній обмотці трансформатора виникає ЕРС індукції:

. (5)

Потік вектора магнітної індукції через поверхні, обмежені витками вторинної обмотки, дорівнює:

, (6)

де — площа, обмежена кожним з витків обмотки; — число витків вторинної обмотки. Тоді

. (7)

Нехтуючи незначним спадом напруги у вторинній обмотці та її самоіндукцією, можна прийняти , що напруга на затискачах вторинної обмотки дорівнює ЕРС, індукованій у цій обмотці. Ця напруга подається на інтегратор з послідовно з’єднаних опору та конденсатора С (інтегруючий -ланцюжок). Згідно із законом Ома:

, (8)

де — напруга на конденсаторі. Якщо( — ємнісний опір конденсатора), то другим доданком у формулі (8) можна знехтувати. Тоді з врахуванням виразу (7)

. (9)

На вертикальний вхід осцилографа подається напруга .Напругу на конденсаторі можна виразити через величину заряду конденсатора та його ємність :

. (10)

Підставивши у вираз (10) значення з (9), отримаємо :

. (11)

Таким чином, якщо на вертикальні пластини осцилографа подати напругу , а на горизонтальні — , то зміщення електронного променя вздовж вертикальної осі буде пропорційно , а по горизонтальній — . В результаті за один період зміни струму електронний промінь опише петлю гістерезису а за кожний наступний період буде в точності її повторювати і на екрані осцилографа буде видно нерухому петлю.

Змінюючи напругу на первинній обмотці, можна змінювати амплітуду коливань і отримувати на екрані різні за площею петлі гістерезису. З теорії відомо, що величина цієї площі пропорційна роботі по перемагнічуванню одиниці об’єму феромагнетика за один цикл зміни Н, тобто у даному випадку за один період зміни струму. Ця робота витрачається на переорієнтування доменів при періодичній зміні напрямку магнітного поля і в остаточному підсумку йде на нагрів феромагнетика.