Упражнение 1. Снятие кривой намагничивания

1. Подготовить к работе установку по схеме рис.4. Подать с генератора напряжение частотой около 300 Гц. Вход «X» осциллографа подключить к резистору R ₁. На вход «Y» осциллографа подать напряжение с конденсатора С. Обратите внимание на правильное подключение к схеме сигнальных кабелей осциллографа: выводы экранной оплётки («земля») должны быть соединены с общим проводом схемы (обозначен как «^» на рис.4).

2. Регулируя уровень выходного сигнала генератора, добиться того, чтобы петля гистерезиса имела участок насыщения. Изменяя чувствительность осциллографа по входам «X» и «Y», добиться того, чтобы петля гистерезиса занимала большую часть экрана.

3. Постепенно уменьшая (вплоть до нуля) выходное напряжение генератора, зарегистрировать по шкале экрана осциллографа 10…15 напряжений U_x и U_y, соответствующих вершинам петель гистерезиса. Данные занести в таблицу.

4. Построить график кривой начального намагничивания, рассчитав соответствующие значения В и Н по формулам (13). При расчётах использовать следующие значения элементов установки: R ₁ = 10 Ом, N = 324 витка, l = 0,2 м, S = 1,0,57 × 10^–3 м², Z = 27 витков, R ₂ = 1,671 Ом, C = 0,5 мкф.

Упражнение 2. Определение потерь на перемагничивание с использованием петли гистерезиса.

1. Получить на экране осциллографа петлю гистерезиса с началом участка насыщения. Размеры петли должны быть достаточно крупными.

2.Снять на кальку с экрана осциллографа петлю гистерезиса, а затем аккуратно перевести ее на миллиметровую бумагу.

3. Подсчитать число клеток m, охватываемых петлей гистерезиса, а также определить n.

4.Определить Н_М и В_М по формуле (13) и по формуле (18) рассчитать потери на перемагничивание. Объем образца найти из выражения V = l× S, где S - сечение сердечника тороида, а l - его длина.

Приложения

Порядок определение тока в первичной обмотке. Отжать кнопки X-Y (верхний ряд) и II (нижний ряд) на панели осциллографа; кнопка I нажата. По показаниям осциллографа измерить напряжение. Определить ток в первичной обмотке по измеренному напряжению и известному сопротивлению r = 30 Ом.

Порядок определение напряжения во вторичной обмотке. Отжать кнопки X-Y (верхний ряд) и I (нижний ряд) на панели осциллографа; кнопка I I нажата. По показаниям осциллографа измерить напряжение. При этом амплитуду в клетках нужно умножить на число против риски аттенюатора Y - канала.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Какие величины характеризуют магнитные свойства вещества? Как связаны между собой эти величины?

2. На какие классы делятся все вещества в зависимости от их магнитных свойств?

3. От чего зависит величина магнитной проницаемости ферромагнетика? Каковы эти зависимости?

4. Объясните ход намагничивания ферромагнетика во внешнем намагничивающем поле, учитывая доменную структуру ферромагнетика.

5. Каковы физические основы получения петли гистерезиса на экране осциллографа?

6. Как можно построить первоначальную кривую намагничивания по результатам опыта?

7. Как определяют потери энергии в ферромагнитном образце? Из чего складываются эти потери?

8. Как по форме петли гистерезиса можно судить о магнитных свойствах вещества? Что означают термины «мягкий» ферромагнетик, «жесткий» ферромагнетик? Где используют мягкие и жесткие ферромагнетики?

8. Дать объяснение пара- диамагнетизма, ферромагнетизма, рассматривая особенности взаимодействия молекул вещества с внешним полем.

Лабораторная работа № 12

Передача мощности в цепи постоянного тока

Цель работы: экспериментальное исследование зависимости полной мощности, полезной мощности и КПД источника постоянного тока от отношения сопротивлений нагрузки и источника.

Приборы и принадлежности: два источника ЭДС, амперметр, вольтметр, реостат.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Рис. 1. Эквивалентная схема источника ЭДС с подключённой нагрузкой.

Источник ЭДС Е с внутренним сопротивлением R_i, нагруженный на внешнее сопротивление нагрузки R_н, создает в цепи ток

. (1)

Эквивалентная схема такого источника имеет вид, показанный на рис. 1. Полная мощность P = Е ЧI, развиваемая источником, делится между нагрузкой R_н и источником R_i в том же отношении, что и напряжение:

, (2)

, (3)

где Р_i – мощность, рассеиваемая внутри источника, Р_н - полезная мощность, выделяющаяся в нагрузке:

, (4)

где U_н – напряжение на сопротивлении нагрузки.

Отношение h = P_н / P определяет коэффициент полезного действия (КПД) источника.

Полезная мощность источника и сопротивление нагрузки связаны соотношением:

.(5)

Воспользуемся соотношением (1) и получим:

= (6)

Исследование формулы (6) показывает, что с увеличением внешнего сопротивления R_н от нуля (режим короткого замыкания) до бесконечности (цепь разомкнута) напряжение U_н на нагрузке возрастает от нуля до значения, равного ЭДС, а ток в цепи уменьшается от величины I_{к.з .} = Е / R_i (при коротком замыкании цепи), до нуля. Полезная мощность Р_н равна нулю как при коротком замыкании, так и при разомкнутой цепи.

Максимальное значение полезной мощности Р_н.max достигается при равенстве сопротивлений нагрузки и внутреннего сопротивления источника ЭДС, т.е. при R_н = R_i. В случае такого равенства сопротивлений получаем в цепи согласованный режим источника и нагрузки, при котором, как легко показать, P_н.max = Е²/4 R_i. Полная мощность Р с увеличением сопротивления нагрузки уменьшается и в режиме согласования составляет Р = Е²/(2 R_i) - это половина мощности, развиваемой источником в режиме короткого замыкания (P_{к.з .} = Е²/ R_i).

Внешнее напряжение источника U_н в режиме согласования равно половине ЭДС: КПД источника h в этом режиме составляет 0,5.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ