Описание экспериментальной установки. Лабораторная установка для измерение полного сопротивления и индуктивности соленоида (рис.6.1.) состоит из миллиамперметра (mА)



Лабораторная установка для измерение полного сопротивления и индуктивности соленоида (рис.6.1.) состоит из миллиамперметра (mА), вольтметра (V), ключа (К), нагрузочного сопротивления или реостата (R), лабораторного автотрансформатора (АТ), соленоид (L).

Рис. 4.1. Схема для определения полного сопротивления и индуктивности соленоида.

Порядок выполнения работы

Заполните таблицу «Измерительные приборы» для амперметра и вольтметра и приготовьте таблицы для записи результатов измерений и расчетов.

Упражнение 1. Определение полного сопротивления Z соленоида

Полное сопротивление можно определить по закону Ома, если измерить значение силы переменного тока в обмотке соленоида при соответствующих значениях напряжения на концах обмотки (на клеммах соленоида):

.                                  (6)

Измерения U и I произвести 5 раз, варьируя значения напряжения и тока в цепи произвольным образом. Данные измерений занести в таблицу 1:

Таблица 1

Без сердечника

U DU I DI Z DZ
Ед. изм.            
1.            
2.            
3.            
4.            
5.            

Погрешности DU и DI определить по классам точности (ε) приборов

        и  .

Погрешности DZ рассчитать по формулам расчета погрешностей для косвенных измерений:     .

Вставить в соленоид ферромагнитный сердечник и произвести измерения напряжения и силы тока 5 раз. Данные занести в табл. 2.

Таблица 2

С сердечником

U DU I DI Z DZ
Ед. изм.            
1.            
2.            
3.            
4.            
5.            

Упражнение 2. Определение индуктивности соленоида (L)

Из формулы (3) вытекает, что:          .           (7)

Активное сопротивление исследуемого соленоида известно и равно R = 24 Ом. Циклическая частота w = 2pn, где n = 50 Гц (частота в сети переменного тока). Для каждого измеренного в задании 1 полного сопротивления Z по формуле (7) вычислить индуктивность соленоида без сердечника и индуктивность соленоида с сердечником. Данные расчетов занести в таблицу 3.

Таблица 3

Без сердечника

С сердечником

  Z L Lср DLср Z L Lср DLср
Ед. изм.                
1.                
               
5.                

Контрольные вопросы

1. Что такое магнитный поток? Единицы измерения магнитного потока.

2.  Что такое индуктивность? Единицы измерения индуктивности.

3. От чего зависит величина индуктивности соленоида?

4. Запишите закон Ома для цепи переменного тока с включенными в нее активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью.

5. Из каких составляющих состоит полное сопротивление цепи переменного тока?

6. Как можно определить индуктивность соленоида, если известны его полное и активное сопротивления?

 

Работа № 5. Исследование магнитных характеристик феррита

 

Цель работы: определить зависимость магнитной индукции ферромагнитного образца от максимальных значений напряженности переменного магнитного поля, найти значение магнитной проницаемости и исследовать ее полную зависимость.

Приборы и материалы: лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), нагрузочное сопротивление, миллиамперметр, вольтметр, образец.

 

Всякое вещество является магнетиком, т.е. оно способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). Помимо диа- и парамагнетиков, являющихся слабомагнитными веществами, существуют еще сильномагнитные вещества – ферромагнетики. Ферромагнетики– это вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, т.е. они намагничены даже при отсутствии внешнего магнитного поля. К ферромагнетикам, кроме основного их представителя – железа, относятся кобальт, никель, гадолиний и другие, и их сплавы и соединения.

Рис. 5.1. Зависимость намагниченности J(Н) для разных материалов

Ферромагнетики, помимо способности сильно намагничиваться, обладают еще и другими свойствами. Если для слабомагнитных веществ зависимость намагниченности J от напряженности H линейна, то для ферромагнетиков эта зависимость является довольно сложной. По мере возрастания H намагниченность J сначала растет быстро, затем медленнее и, наконец, достигает так называемого магнитного насыщения Jнас. Подобный характер зависимости J от Н можно объяснить тем, что по мере увеличения намагничивающего поля увеличивается степень ориентации молекулярных магнитных моментов по полю, однако этот процесс начнет замедляться, когда остается все меньше и меньше неориентированных моментов, и, наконец, когда все моменты будут ориентированы по полю, дальнейшее увеличение J прекращается, и наступает магнитное насыщение.

Существенная особенность ферромагнетиков — не только большие значения μ (например, для железа ‑ 5000), но и зависимость μ от Н. Вначале μ растет с увеличением Н, затем, достигая максимума, начинает уменьшаться, стремясь в случае сильных полей к единице.

В последнее время большое значение приобрели полупроводниковые ферромагнетики ‑ ферриты. Ферриты (от лат. Ferrum ‑ железо) ‑ это магнитные материалы, получаемые на основе химического соединения окиси железа Fe2O3 c окислами других металлов. В состав ферритов входят анионы кислорода О2‑, образующие остов их кристаллической решетки; в промежутках между ионами кислорода располагаются катионы Fe3+, имеющие меньший радиус, чем ионы О2‑, и катионы других металлов (никеля, марганца и т.д.). Ферриты применяют для изготовления антенн, сердечников радиочастотных контуров, элементов оперативной памяти ЭВМ, магнитофонных пленок, постоянных магнитов и т.д.

В данной работе исследуются магнитные свойства ферритового образца марки М-1000 НМ.

Исследуемый ферритовый образец в форме тороида имеет две обмотки: намагничивающую с числом витков n1, ток в которой регулируется с помощью автотрансформатора АТ и измеряется миллиамперметром типа Э513 класса точности 0,5 и измерительную с числом витков n2 , ЭДС в которой измеряется вольтметром типа Е6-15 класса точности 0,5.

Ввиду высокой магнитной проницаемости исследуемого образца для его перемагничивания нужно применять малые токи. С целью уменьшения диапазона величин регулируемого тока в цепь вводится понижающий трансформатор ТР и добавочное сопротивление R = 100 Ом (реостат РПШ-2).

Рис. 5.2. Схема измерительной установки

Порядок выполнения работы

 

Для подготовки установки к работе необходимо:

1. Заполнить таблицу «Измерительные приборы» для амперметра и вольтметра.

2. Проверить правильность сборки электрической схемы.

3. Установить переключатель шкал: миллиамперметра ‑ на 100 mA, вольтметра ‑ на 1 В.

4. Ручку ЛАТРа установить в положение «0».

5. Включить в сеть ЛАТР и вольтметр, дать вольтметру прогреться 5 минут. Замкнуть ключ К. Установка готова к работе.

Задание № 1. Найти зависимость магнитной индукции образца от величины напряженности магнитного поля

Плавным вращением ручки ЛАТРа увеличить ток в намагничивающей обмотке образца, фиксируя при этом соответствующее значение ЭДС в измерительной обмотке. Ток увеличивать от 0 до 0,1 А, равномерно измеряя его значение в 7-10 точках этого диапазона.

Максимальную величину напряженности магнитного поля при заданном токе I рассчитать по формуле:                      (А/м),                 (1)

где I ‑ сила тока в амперах, n1 = 71 ‑ число витков намагначивающей обмотки, l = 0,1 м ‑ длина средней линии тороидального образца. Значение магнитной индукции рассчитать по формуле:  (Тл),                                 (2)

где U ‑ напряжение в измерительной обмотке образца, n2 = 17 -число витков измерительной обмотки, f =50 Гц ‑ частота, S = 4,9 10‑5 м2 ‑ сечение образца.

Погрешности DI и DU определить по классам точности (ε) приборов

погрешности DН, DВ и Dm рассчитать по правилам косвенных измерений:

; ;

Таблица 1

 

I DI H DH U DU B DB m Dm
Ед. изм.                    
1.  

 

     

 

       
2.                
3.                
4.                
5.                
6.                
7.                

Построить график зависимости В(Н) с отметками погрешностей в каждой экспериментальной точке графика.

Задание № 2. Исследовать зависимость магнитной проницаемости от величины перемагничивающего поля.

Магнитную проницаемость рассчитать по формуле:             ,

где m0 = 1,257 10‑6 Гн/м. Данные расчетов занести в таблицу № 1. Построить график зависимости m(Н).

Контрольные вопросы

1. Какими основными физическими особенностями обладают ферромагнетики?

2. Что такое петля гистерезиса?

3. Что Вы знаете о ферритах?

4. Прекратится ли при магнитном насыщении образца увеличение магнитной индукции при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля?

5. Что характеризует магнитная проницаемость образца?

6. Будет ли монотонным график зависимости магнитной проницаемости от поля?


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 385;