Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи




Скачати 117.73 Kb.
НазваЛабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи
Дата конвертації09.07.2013
Розмір117.73 Kb.
ТипДокументы
skaz.com.ua > Математика > Документы
Українська державна академія залізничного транспорту

Кафедра „Фізика


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 55
ДОСЛІДЖЕННЯ МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ І МАГНІТНОЇ ПРОНИКНОСТІ ФЕРОМАГНЕТИКУ

Роботу виконав: студент(ка)





(прізвище, ім’я, по-батькові)



(курс) (група)
„ „ 200 р.


Роботу прийняв:


(прізвище та ініціали викладача)


(посада)
Оцінка:

за знання теорії

(оцінка, бал)
за провед. експер.

(оцінка, бал)

підсумкова (оцінка, бал)



(дата і підпис викладача)

^ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 55

Дослідження магнітної індукції і магнітної проникності феромагнетику

Мета роботи: вивчення кривої намагніченості феромагнетику і залежності магнітної проникності феромагнетику від напруженості магнітного поля.

^ Прилади й матеріали: лабораторна установка для вимірювання магнітної індукції в феромагнетику в залежності від напруженості магнітного поля

Теоретичні відомості

По своїм магнітним властивостям речовини розділяються на діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики. Феромагнетики характеризуються великим значенням магнітної проникності (відношенням магнітної індукції в речовині до індукції в вакуумі при тому ж самому значенні напруженості магнітного поля). Магнітна проникність феромагнетику не є сталою, а залежить від напруженості магнітного поля. Відповідно, магнітна індукція нелінійно залежить від напруженості магнітного поля.

Нелінійність зв’язана з особливостями процесу намагнічування феромагнетику. Феромагнетик в ненамагніченому стані розбивається на домени – області, в яких речовина намагнічена до насичення. При цьому магнітні моменти різних доменів орієнтовані рівноправно в усіх напрямках і сумарна намагніченість дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле приводе до 1) зміщення границь доменів і росту розмірів тих доменів, вектори намагніченості яких складають з напрямком зовнішнього магнітного поля гострий кут; 2) повороту магнітних моментів доменів у напрямку зовнішнього магнітного поля. Після того, як всі домени орієнтуються по полю, подальше зростання намагніченості зупиняється (досягається насичення).

В даній роботі досліджується магнітна індукція і магнітна проникність заліза. Використовується тороїд (навій в формі тора), всередину якого поміщено залізний сердечник. Магнітні силові лінії в торі мають форму замкнених кіл, які розташовано всередині тороїда. Зовні тороїда магнітне поле дорівнює нулю. Згідно з теоремою про циркуляцію напруженості магнітного поля (циркуляція напруженості магнітного поля по контуру дорівнює алгебраїчній сумі струмів, які пронизують контур) напруженість магнітного поля в тороїді дорівнює

(1)

де - число витків тороїда, - сила струму в тороїді, - відстань від головної осі тороїда до точки спостереження.

В роботі для калібрування гальванометра використовується довгий соленоїд, який можна розглядати як нескінченно довгий. Згідно з теоремою про циркуляцію напруженості магнітного поля, напруженість магнітного поля в довгому соленоїді дорівнює

(2)

де - число витків в соленоїді, - сила струму в соленоїді, - довжина соленоїда.

В даній роботі вимірювання магнітної індукції здійснюється на основі явища електромагнітної індукції. Явище електромагнітної індукції полягає в виникненні електричного струму в замкненому провіднику при зміні потоку магнітної індукції через контур, що утворює провідник. Такий струм називається індукційним. Згідно з законом Фарадея, електрорушійна сила, яка спричинює індукційний струм (ЕРС електромагнітної індукції), дорівнює взятої з протилежним знаком швидкості зміни потоку магнітної індукції через контур

. (3)

Потік вектора магнітної індукції через плоский контур в однорідному магнітному полі дорівнює

, (4)

де - величина магнітної індукції, - площа контуру, - кут між вектором магнітної індукції і вектором нормалі к контуру. Магнітний потік вимірюється у Веберах (Вб).

Потік вектора магнітної індукції через вторинну обмотку на тороїді дорівнює

, (5)

де - площа поперечного перерізу тороїду, число витків вторинної обмотки тороїда. На довгому соленоїду також є вторинна обмотка. Потік вектора магнітної індукції через цю обмотку дорівнює

, (6)

де - площа поперечного перерізу соленоїду, число витків вторинної обмотки соленоїда, Гн/м – магнітна стала,

Опис установки

Установка зображена на рис 1. Вона містить тороїд Т, довгий соленоїд С, гальванометр G (з шкалою S), амперметри A1 і А2 і реостат R. Тороїд і соленоїд мають первинну обмотку, на яку подається електричний струм. Сила струму вимірюється міліамперметром A1 (в діапазоні до 100 мА), чи амперметром A2 (в діапазоні більше 100 мА). Реостат R дозволяє змінювати силу струму. Перемикач К1 дозволяє перейти з режиму, коли струм подається на соленоїд, до режиму, коли струм подається на тороїд. Перемикач К2 вмикає і вимикає електричний струм через первинну обмотку соленоїда (тороїда), в залежності від положення перемикача К1. Перемикач К3 призначений для перемикання між міліамперметром і амперметром. Магнітна індукція в тороїді (соленоїді) вимірюється за допомогою гальванометра G зі шкалою S.


Рис. 1. Лабораторна установка.


Робочі формули
Лабораторна установка зібрана таким чином, що відхилення «зайчика» гальванометра прямо пропорційно магнітної індукції В в тороїді . Для вимірювання магнітної індукції в абсолютних одиницях потрібно знайти коефіцієнт пропорційності.

Гальванометр з’єднаний з вторинними обмотками тороїда і соленоїда в послідовний електричний ланцюг. Згідно з законом Ома, струм через цій ланцюг дорівнює

, (7)

де є повний опір кола. Враховуючи зв’язок між струмом і зарядом , знаходимо, що величина заряду, яка протікає через гальванометр, дорівнює (за модулем)

(8)

де є потік магнітного поля через вторинну обмотку тороїда (соленоїда) при досягненні сили струму стаціонарного значення. Гальванометр працює таким чином, що відхилення «зайчика» гальванометра прямо пропорційне заряду q.

Для калібрування гальванометра (знаходження коефіцієнта пропорційності між і треба зробити одне вимірювання при пропусканні струму через довгий соленоїд. В цьому випадку відхилення «зайчика» прямо пропорційно потоку вектора магнітної індукції через вторинну обмотку довгого соленоїда: , де - кількість витків в вторинній обмотці соленоїда С, - площа поперечного перерізу соленоїда, - напруженість магнітного поля всередині довгого соленоїда (2) (в (2) - сила струму в первинній обмотці соленоїда). Якщо електричний струм подано на тороїд T, то відхилення «зайчика» , де - кількість витків вторинної обмотки , - площа перерізу тороїду. Складаємо пропорцію
(9)

З пропорції випливає, що

(10)

або, з урахування (2),

, (11)

де

(12)

є шуканий коефіцієнт пропорційності.

Якщо в тороїді магнітний сердечник був би відсутнім, то магнітна індукція в середині тороїду дорівнювала

(13)

де - довжина сердечника тороїда. Формулу (13) запишемо у вигляді

(14)

де

(15)

є коефіцієнт пропорційності між струмом і магнітної індукцією в вакуумі. Магнітна проникність матеріалу сердечника тороїда визначається за формулою

(16)

Послідовність виконання роботи

  1. За допомогою регулятора на гальванометрі встановити нуль гальванометра (положення «зайчика» на шкалі S) .

  2. Перемкнути перемикач К1 у положення «соленоїд», а перемикач K2 у положення «вкл».

  3. За допомогою реостата R встановити струм через соленоїд С в діапазоні 0,30,5 А. Записати встановлене значення струму (сила струму вимірюється амперметром А2, ключ K3 в положенні «А»).

  4. Вимкнути ключ К2. Заміряти величину відхилення «зайчика» гальванометра в момент вимкнення (відхилення заміряти по модулю, в см, з точністю до 0,1 см). Увімкнути ключ К2. Заміряти величину відхилення «зайчика» гальванометра в момент увімкнення. Знайти середнє значення модуля відхилення при вмиканні і вимиканні K2.

  5. Перемкнути перемикач К1 у положення «тороїд» », а перемикач K2 у положення «вкл».

  6. За допомогою реостата встановити сили струму 20 мА (сила струму вимірюється міліамперметром А1, ключ K3 в положенні «мА»)

  7. Вимкнути ключ К2. Заміряти величину відхилення «зайчика» гальванометра в момент вимкнення (відхилення заміряти по модулю, в см, з точністю до 0,1 см). Увімкнути ключ К2. Заміряти величину відхилення «зайчика» гальванометра в момент увімкнення. Знайти середнє значення модуля відхилення при вмиканні і вимиканні K2.

  8. Повторити пп.. 5-7 для значень струму 30 мА, 40 мА, 50 мА, 60 мА, 70мА, 80мА, 90мА.

  9. Переключити ключ К3 в положення «А». Далі сила струму буде вимірюватись амперметром А2 .

  10. Повторити пп.. 5-7 для значень струму 200 мА, 300 мА, 400 мА,

  11. Одержані значення занести в таблицю.

  12. Використовуючи дані, що приведено на панелі установки, а також, дані, одержані в пп. 3.4, розрахувати коефіцієнт пропорційності , а також коефіцієнт пропорційності .

  13. Для кожного значення розрахувати величини , і . Результати занести в таблицю.

  14. Побудувати графік залежності магнітної індукції в феромагнетику від напруженості магнітного поля в вакуумі

  15. Побудувати графік залежності магнітної проникності феромагнетику від напруженості магнітного поля в вакуумі

  16. Розрахувати відносну і абсолютну похибку.



Звіт про виконану роботу

  1. Робоча формула для визначення магнітної індукції в феромагнетику



коефіцієнт пропорційності



  1. Робоча формула для визначення магнітної індукції в вакуумі




коефіцієнт пропорційності




  1. Дані, що приведені на панелі установки.


Число витків первинної обмотки соленоїда
Довжина соленоїда (м)
Число витків вторинної обмотки соленоїда
Площа поперечного перерізу соленоїда 2)
Число витків первинної обмотки тороїда
Довжина сердечника тороїда (м)
Число витків вторинної обмотки тороїда
Площа поперечного перерізу тороїда 2)


  1. Результаті калібрувального вимірювання.


Сила струму (А)
Відхилення «зайчика» гальванометра (см)


  1. Розрахунок коефіцієнта пропорційності



  1. Розрахунок коефіцієнта пропорційності



  1. Результати експерименту і розрахунків , , і .




А

см







20













30













40













50













60













70













80













90













100













200













300













400















  1. Графік залежності





  1. Графік залежності





  1. Визначення відносної і абсолютної похибки.

В даній роботі потрібно розрахувати похибку магнітної індукції при максимальному струмі.
Згідно з (11)



Згідно з (12)


Таким чином,

.

(беремо величину з останнього рядка таблиці).

Абсолютні похибки і складають 0,1 см.

Абсолютна похибка визначається класом точності амперметра і діапазоном вимірювання.

=


Відносна (в процентах) і абсолютна похибка



(беремо величину з останнього рядка таблиці).

Контрольні запитання

  1. Що називається магнітною проникністю речовини? Записати зв’язок між магнітною індукцію і напруженістю магнітного поля в речовині.

  2. Які характерні властивості магнітної проникності феромагнетику?

  3. Які речовини називаються феромагнетиками? Що називається температурою Кюрі?

  4. Що таке магнітні домени? Як відбувається процес намагнічування феромагнетику?

  5. Нарисувати основу криву намагніченості феромагнетику. Показати на цій кривій намагніченість насичення. Пояснити, чому досягається насичення.

  6. Написати формули для розрахунку напруженості магнітного поля і магнітної індукції тороїда і довгого соленоїда. В яких одиницях вимірюється напруженість магнітного поля і магнітна індукція?

  7. Що називається потоком вектора магнітної індукції? В яких одиницях вимірюється потік вектора магнітної індукції?

  8. В чому полягає явище електромагнітної індукції? Записати закон Фарадея для ЕРС електромагнітної індукції. Пояснити, де в даній роботі використовується явище електромагнітної індукції.







Схожі:

Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи iconЛабораторна робота 3-4
Мета роботи: ознайомлення з роботою мостової схеми, та визначення діелектричної проникності речовини
Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи iconЛабораторна робота № Експериментальні дослідження тригерів у програмах...
Лабораторна робота № Експериментальні дослідження тригерів у програмах Electronics Workbench
Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи iconЛабораторна робота №1 Робота в середовищі Pascal abc мета роботи
Мета роботи: Навчитися працювати з середовищем Pascal abs, проводити запуск програм на виконання
Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи iconЛабораторна робота №22 Дослідження однорідної довгої лінії
Мета роботи – експериментально дослідити хвильові процеси в лінії з розподіленими параметрами в сталих сінусоїдних режимах
Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи iconЛабораторна робота №3 Дослідження ризику на основі дерева рішень
Мета роботи: Навчитись будувати дерево рішень та аналізувати стратегії прийняття рішень за допомогою дерева рішень
Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи iconЛабораторна робота №16-б перехідні процеси в послідовному колі r-l-c мета роботи
Мета роботи – дослідити характер перехідних процесів в колі r-l-c, встановити їх залежність від параметрів кола
Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи iconЛабораторна робота №17 Нелінійні кола постійного струму Мета роботи
...
Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи iconЛабораторна робота 88
...
Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи iconЛабораторна робота №1
Мета роботи: Освоєння методики класифікації та моделювання бізнес-процесів підприємства
Лабораторна робота №55 Дослідження магнітної індукції І магнітної проникності феромагнетику Мета роботи iconЛабораторна робота №5
Мета роботи: експериментально І аналітично перевірити теорему про активний двополюсник
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2015
звернутися до адміністрації
skaz.com.ua
Головна сторінка