Описание экспериментальной установки. Магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от напряженности магнитного поля
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Метод измерений
Магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от напряженности магнитного поля. По этой причине от величины зависят и те характеристики контура электрической цепи, которые связаны с магнитной проницаемостью ферромагнитного сердечника, например, индуктивность тороида :
(17)
и его индуктивное сопротивление переменному току :
, (18)
где – магнитная постоянная; – число витков тороида, – площадь поперечного сечения сердечника тороида; – длина средней линии сердечника тороида; – циклическая частота переменного тока.
В данной работе измерение магнитной проницаемости сердечника основано, согласно формуле (17), на измерениях индуктивности катушки и ее геометрических параметров , и . Для определения индуктивности достаточно измерить индуктивное сопротивление катушки переменному току известной частоты . Полное сопротивление катушки переменному току
, (19)
так как обычно , то величиной активного сопротивления катушки можно пренебречь по сравнению с индуктивным сопротивлением переменному току частоты 200 Гц.
Закон Ома позволяет определить величину путем измерений тока и напряжения на участке цепи, содержащем тороид
. (20)
Расчетная формула для определения магнитной проницаемости , полученная с использованием выражений (17), (18), (19), (20), имеет следующий вид:
, (21)
где – постоянная установки.
Напряженность магнитного поля, которое создается в тороидальном сердечнике при протекании по обмотке тока , можно приближенно рассчитать по формуле (16)
. (22)
Таким образом, каждому значению тока I соответствуют определенная напряженность магнитного поля , магнитная проницаемость сердечника и индукция магнитного поля :
. (23)
Определяя величины , и при различных токах, можно экспериментально установить следующие зависимости:
а) – зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля (основная кривая намагничивания ферромагнетика);
б) – зависимость магнитной проницаемости сердечника от напряженности магнитного поля.
Описание экспериментальной установки
Электрическая схема установки показана на рис. 13, монтажная –
на рис.14.
Рис. 13. Электрическая схема:
1 – генератор сигналов специальной формы;
2 – мультиметр(режим , входы COM, A);
3 – блок «Сопротивление», = 100 Ом;
4 – мультиметр (режим V 2 V, входы COM, VΩ);
5 – кольцевой сердечник с обмотками и ;
6 – блок «Ферромагнетик».
На тороидальный сердечник 5, изготовленный из исследуемого ферромагнитного материала, намотаны проволочных витков. Эта обмотка, по которой пропускают переменный ток частоты 200 Гц, служит для намагничивания магнетика, и по ее параметрам определяют напряженность намагничивающего поля. Генератор сигналов специальной формы 1 позволяет изменять напряжение , а следовательно, и ток в обмотке тороида. Эти величины измеряют соответственно вольтметром 4 и миллиамперметром 2.
Рис. 14. Монтажная схема: 2 – мультиметр(режим , входы COM, A);
3 – блок «Сопротивление», = 100 Ом; 4 – мультиметр (режим V 2 V, входы COM, VΩ); 6 – блок «Ферромагнетик».
Выполнение измерений
1. Запишите в таблицу параметры установки и исследуемого образца:
N – число витков обмотки тороида;
– длина средней линии сердечника;
S – площадь сечения сердечника.
2. Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, приведенной на рис.14.
3. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжений и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка».
4. Кнопками установки частоты «0.2-20 кГц» установите 200 Гц.
Таблица
| Параметры установки | мА | А/м | мТл | ||
| … | |||||
5. Кнопками установки уровня «0 - 15 В» генератора сигналов специальной формы установите в обмотке тороида ток ≈ 5 мА. Запишите в таблицу показания тока и напряжения
6. Изменяя ток в обмотке тороида с шагом ≈ 2,5 мА до 55 мА, измерьте напряжения. Запишите в таблицу показания тока и напряжения.
7. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжений и блока мультиметров.