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, V Ω);

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, V Ω); 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.