Измерения и обработка результатов

1. Штангенциркулем (или линейкой) измерить диаметр катушки.

2. Собрать электрическую схему согласно рис. 1.

3. Поворачивая тангенс – гальванометр, установить его так, чтобы витки были размещены в плоскости магнитного меридиана Земли. В этом случае один из концов стрелки должен находиться на риске 0° или 180°.

4. Замкнуть ключ К. Записать угол отклонения стрелки и показания амперметра в таблицу.

5. Переключателем П изменить направление тока в катушке и произвести отсчет угла .

6. Угол , т.е. угол отклонения стрелки от плоскости магнитного меридиана, найти как среднее арифметическое

.

7. Опыт повторить 5 раз при различных значениях силы тока. Силу тока изменять с помощью реостата R.

8. Повторить пункты 4-6 для катушки с другим числом витков.

9. Пользуясь данными измерений, определить значения .

10. Зная количество витков N и радиус витков катушки тангенс-гальванометра (указаны на приборе), вычислить индукцию

,

где Гн/м.

11. Рассчитать вектор магнитной индукции Земли по формуле

,

где = 71° - угол магнитного наклонения для данного места Земли.

12. Оценить погрешности измерений, для чего вычислить среднее значение В_0cр, абсолютную величину , затем и относительную погрешность .

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Характеристики магнитного поля Земли.

2. Что такое вихревое магнитное поле?

3. Устройство тангенс-гальванометра.

Список литературы

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Т. 2. – М.: Высшая школа, 2002.

2. Трофимова В.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2009.

 

Результаты измерений и расчеты записать в таблицу

 

 

№ п/п
1.   2.   3.   4.   5.

 

 

Расчеты:

 

 

Вывод

 

 

Лабораторная работа № 8 эм

ИССЛЕДОВАНИЕ НАМАГНИЧИВАНИЕ ФЕРРОМАГНЕТИКА

Цель работы:

1. Построить график зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля в области центральной кривой петли гистерезиса ферромагнетика.

2. Определить основные характеристики намагничивания: коэрцитивную силу , остаточную индукцию , потери энергии на перемагничивание .

 

Приборы и оборудование: лабораторный автотрансформатор (ЛАТР); ферромагнитное кольцо (ФМК) с первичной N₁ и вторичной N₂ обмотками; постоянные резисторы R ₁, R ₂; конденсатор; амперметр переменного тока; вольтметр; электронный осциллограф.

 

ЗАДАНИЕ.

Подготовьте теоретическое обоснование к лабораторной работе по предложенным вопросам, используя литературу:

1. Трофимова, Т.И. Курс физики §109- 120 (глава 14 Магнитное поле)

2. Пикуль О.Ю., Троилин В.И. Исследование намагничивание ферромагнетика, 2013 г.

 

1. Дайте определение магнитного момента

___________________________________________________________________________________________________________________________

2. Как определяется магнитный момент атома?

______________________________________________________________________________________________________________________________

3. Что такое вектор намагниченности вещества?

_______________________________________________________________________________________________________________________________

4. Дайте определение напряженности магнитное поле

_______________________________________________________________________________________________________________________________

5. Какая связь между характеристиками магнитного поля в веществе?

______________________________________________________________

 

Методика выполнения работы

Принцип работы установки

Циклическое перемагничивание образца осуществляется магнитным полем, создаваемым переменным током в первичной обмотке тороидального соленоида.

Падение напряжения на сопротивлении , подаваемого на вход «х» осциллографа , определяется соотно­шением

, (1)

где – число витков первичной обмотки; – длина соленоида по средней линии, т. е. пропорционально .

Напряжение между пластинами конденсатора, подключаемое к входу осциллографа «у», определится выражением

 

, (2)

где – число витков первичной обмотки, C – емкость конденсатора, подключенного к вторичной обмотке, q – заряд на обкладках конденсатора, S – площадь сечения сердечника ФМК, R ₂ – резистор включенный в цепь вторичной обмотки, т. е. пропорционально .

Так как движение световой точки на экране подчиняется зависимости , то в соответствии с выражениями (1) и (2) она будет вычерчивать график , т. е. петлю гистерезиса. С помощью ЛАТРа можно изменять амплитудное значение тока и, следовательно, на экране осциллографа получать петли гистерезиса, соответствующие различным пределам изменения Н. На рис. 1 приведен примерный вид семейства петель гистерезиса. Характерно, что вершины всех петель (; ; ) лежат на кривой намагничивания, а состояние магнитного насыщения соответствует линейному участку наибольшей петли (, .

Рис. 1. Примерный вид осциллограмм

 

Получение данных для кривой

Линия, соединяющая вершины петель гистерезиса (см. рис. 1), описывает график при изменении напряженности от 0 до . Следовательно, для построения кривой необходимо определить значения и , соответствующие вершинам петель гистерезиса.

Напряженность определяется по формуле(3) с учетом того, что амперметром измеряется действующее значение тока

 

, (3)

где – величина, постоянная для данной установки. Значение указывается на установке.

Индукция магнитного поля определяется по формуле (4) также с учетом связи между действующим и амплитудным значением напряжения:

 

, (4)

где – также постоянная для данной установки величина, значение которой известно.

По полученным и можно подсчитать и величину вектора намагниченности:

.

 

Порядок выполнения работы

1. Убедиться в правильности подключения приборов в соответствии со схемой лабораторной установки. Определить цены деления шкал амперметра и вольтметра.

2. Включить в сеть переменного тока осциллограф и ЛАТР. Готовность осциллографа к работе определяется по появлению на экране светящейся точки или петли.

3. С помощью ручки управления ЛАТРом установить максимальный ток через первичную обмотку тороида. Ручками управления осциллографа добиться четкого изображения петли гистерезиса.

4. Уменьшая ЛАТРом ток до минимального значения, пронаблюдать изменение размеров петель гистерезиса в соответствии с рис. 1. При минимальном токе светящаяся точка должна находиться точно в центре экрана (, .

5. Изменяя ток от до , зарегистрировать и записать в таблицу десять значений величин тока и напряжения .

6. При максимальном значении тока ручками «Усиление », «Усиление » осциллографа добиться наиболее полного заполнения экрана площадью петли гистерезиса.

7. Скопировать на миллиметровую бумагу график петли гистерезиса и положение координатных осей.

8. Выключить и отсоединить от сети переменного тока ЛАТР и осциллограф.

9. По значениям тока , записанным в таблицу, рассчитать величины напряженностей магнитного поля , используя формулу

.

10. Значения индукции магнитного поля рассчитать по формуле

11. По рассчитанным Н и В вычислить соответствующие им значения намагниченностей по формуле

.

12. По значениям и построить на миллиметровой бумаге график . По осям и проставить масштаб напряженности и магнитной индукции.

13. По максимальным значениям и , используя формулы

,

и скопированный график петли гистерезиса, определить масштаб и , соответствующий этой петле.

14. Руководствуясь формулами

и ,

определить значения коэрцитивной силы и остаточной индукции .

15. Подсчитать площадь петли гистерезиса , (мм²), и по формуле

определить удельные потери энергии на перемагничивание .

3. Контрольные вопросы

1. Какова природа диамагнетизма и парамагнетизма?

2. Какие вещества относятся к парамагнетикам и диамагнетикам?

3. В чем сущность доменной теории ферромагнетизма?

4. Как объясняется явление гистерезиса в ферромагнетиках?

5. Как объяснить явление потерь энергии при перемагничивании ферромагнетика?

 

Список литературы

1. Калашников, С.Г. Электричество: учеб. / С.Г. Калашников. – М.: Наука, 1982. – 576 c.

2. Савельев, И.В. Курс общей физики: учеб. / И.В. Савельев. – М.: Астрель, 2007. – 360 с.

3. Зисман, Г.А. Курс общей физики: учеб. / Г.А. Зисман, О.М. Тодес. – М.: Наука, 1994. – 382 с.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: