Изучение свойств ферромагнитных материалов

Цель работы:	научится измерять электрические величины при помощи электронного осциллографа; получение экспериментальной зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля.
Оборудование:	электронный осциллограф С1—93, лабораторная установка (технические данные которой приведены в приложении), лабораторный автотрансформатор (ЛАТр), генератор синусоидального сигнала ГЗ-103А, миллиметровая бумага, линейка, калькулятор, источник питания с выходным напряжением 0÷ 10 В.
Задание I.	Подключение осциллографа. Для начала произведем калибровку осциллографа. Включите осциллограф. Оперируя ручками " яркость" и " контрастность" сфокусируйте луч таким образом, чтобы у Вас на экране появилась точка. Затем на соответствующие входы (вход (Х) и (Y)) подадим поочередно сигнал дискретной величины (сигнал постоянного напряжения от выпрямительного блока). При этом точка, полученная ранее на экране, должна отклониться от своего первоначального положения. Если Вы не наблюдаете точки на экране осциллографа, тогда Вам необходимо уменьшить, либо увеличить, чувствительность осциллографа. Для этого установите переключатель регулятора чувствительности для входа (Y) в требуемое положение. Поворотом ручки регулятора напряжения на выпрямительном блоке добейтесь того, чтобы точка на экране осциллографа отклонилась на одну клетку (на экране осциллографа есть соответствующая сетка делений). Зафиксируем положение точки и запишем соответствующие показания вольтметра на блоке питания. Полученное значение напряжения (вольт/деление) и будет нашей чувствительностью на соответствующих входах. При этом необходимо помнить, что чувствительность по (Х) не изменяется, а по (Y) для каждого случая соответствует определенное положение переключателя чувствительности осциллографа. Согласно схеме (см. приложение, схема электрическая) подключите соответствующие выводы лабораторной установки к входам осциллографа.
Задание II.	Изучение ферромагнитных свойств феррита. В качестве исследуемого образца используется феррита М2000НМ К20х12х6. Произведите калибровку входа (Y) осциллографа. В начале установите регулятор чувствительности осциллографа в положение 0, 02 в/дл, а затем от калибруйте его, по приведенной выше методике. Запишите значение чувствительности осциллографа по входам (Х) и (Y) в таблицу. После калибровки осциллографа, установите тумблер в положение 0, на лабораторной установке. Подключите соответствующие выходы генератора частот к входу лабораторной установки, т.е. к входным клеммам. При этом на генераторе частот должны быть установлены следующие параметры: ◊ Частота генератора синусоидального сигнала должна быть равной 20 кГц; ◊ Показание выходного напряжения равно 15 В; ◊ Нагрузочное сопротивление Rнаг= 50 Ω; Включите генератор частот и установите тумблер в положение I, на лабораторной установке. При этом на экране осциллографа Вы должны получить экспериментальную зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля (петля гистерезиса). Постарайтесь добиться, того чтобы полученная петля занимала большую часть экрана осциллографа и имела участки насыщения. Для этого поворотом ручки регулятора частот, на генераторе частот, добейтесь наиболее подходящего положения. Зарисуйте полученную петлю и расставьте на ней соответствующие точки (Hmax , Bmax , Hc , Br). Определите для этих точек значение напряжения, исходя из известной чувствительности осциллографа. Запишите полученные данные в таблицу.
Задание III.	Изучение ферромагнитных свойств электротехнической стали. В качестве исследуемого образца используется магнитопровод трансформатора ТВК-90-ПЦ-5. Произведите калибровку осциллографа по входу (Y), при этом регулятор чувствительности осциллограф должен быть установлен в положение 2, 0 В/дл. Запишите значение чувствительности осциллографа по входам (Х) и (У) в таблицу, в раздел для данного случая. Установите тумблер в положение 0. Подключите ЛАТр к входу установки, при этом установите регулятор напряжения на значение U=56В. Включите установку, переключите тумблер в положение II.
Обратите внимание: ни в коем случае не следует включать ЛАТр при положении тумблера в позиции I.
Проделайте те же самые измерения, что и для задания II. Зарисуйте петлю для данного случая. И занесите соответствующие данные в ниже приведенную таблицу.
Задание IV.	Расчет магнитных величин. Занесем полученные данные в таблицу.

B_U — показание осциллографа по (Y), т.е. значение чувствительности по входу (Y) умножают на количество делений которым соответствует отклонение луча;

H_U — показание по (Х).

L_Cр — средняя магнитная линия, жирная пунктирная линия на рисунке ниже;

S — площадь поперечного сечения.

R_р — сопротивление реостата, R_р = 8 Ω.

L_Cр и S определяются по рисункам ниже:

Значение R, С и ω ₁, ω ₂ определятся по данным приведенным в приложении.

μ _max — значение магнитной проницаемости, рассчитывается по следующей формуле:

где μ ₀ — магнитная постоянная, μ ₀=4π ּ 10 ^–7 [Гн/м].

Вопросы:

1. Дайте определение ферромагнетика.

2. В чем заключается явление магнитного гистерезиса.

3. Объясните и покажите на полученных графиках характерные величины (H_max и В_max). Дайте их определение.

4. Каков характер зависимости магнитной индукции и напряженности магнитного поля в цепях постоянного тока?

5. Как повлияет на петлю магнитного гистерезиса изменение частоты питающего напряжения.

6. Расскажите о магнито-твердых и магнито-мягких материалах. В чем заключается их отличие.

7. Из каких материалов изготавливают постоянные магниты.

Литература.

1. " Курс физики", А. А. Детлаф, Б. М. Яворский.

2. " Теоретическая электротехника", В. С. Попов.

3. " Курс физики", Т. И. Трофимова.

4. " Физика", Д. Джанколи, том II.

5. " Физический практикум", под редакцией проф. В. И. Вероновой.