Ćwiczenie nr 41.
Temat: Badanie zjawiska histerezy magnetycznej ferromagnetyków. LITERATURA:
1. Szczeniowski Sz. „Fizyka doświadczalna” cz. 3 Warszawa 1972 2. Piekara A. „Elektryczność i magnetyzm” PWN W-wa 1970 3. Resnick R., Halliday D. „Fizyka” T. 2, PWN W-wa 1970 4. Szydłowski H. „Pracownia fizyczna” PWN W-wa 1970
5. Zawadzki A., Hofmokl H. „Laboratorium fizyczne” PWN W-wa 1964
6. Czech I. „Oscyłłografy w izmjeritielnoj technikje” Izdatielstwo ENJERGIJA Moskwa 1955
7. B. Jaworski, A. Dietłaf „Kurs fizyki” , t. 3, Warszawa 1984.
8. E. Purcel „Elektryczność i magnetyzm”, PWN Warszawa 1975. 9. M. Jeżewski- „Fizyka”, PWN, Warszawa, 1970
10. J. Smela, T. Zamorski, A. Puch „Pierwsza pracownia fizyczna- przewodnik” Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów 1995
CEL ĆWICZENIA:
- Praktyczne zapoznanie się ze zjawiskiem histerezy magnetycznej
- Zapoznanie się z metodą uzyskiwania pętli histerezy na ekranie oscyloskopu - Wyznaczenie wartości natężenia koercji i indukcji remanencji badanego ciała ferromagnetycznego
ZAGADNIENIA KOLOKWIALNE:
-Pole magnetyczne, wielkości charakteryzujące i ich jednostki w układzie SI. -Pole magnetyczne przewodnika z prądem, prawo Biota-Savarta, pole magnetyczne cewki.
-Własności magnetyczne materii, przenikalność magnetyczna i wektor namagnesowania.
-Klasyfikacja i własności magnetyczne ciał. -Ferromagnetyki, histereza magnetyczna.
-Indukcja elektromagnetyczna, współczynnik indukcji własnej cewki. -Układ całkujący.
-Układ pomiarowy do otrzymywania pętli histerezy na ekranie oscyloskopu. -Metoda przeprowadzania dyskusji błędów.
WYKONANIE ĆWICZENIA:
1. Wyznaczyć wartość średniej drogi strumienia magnetycznego „lśr” w rdzeniu
wykonanym z badanego materiału ferromagnetycznego, oraz powierzchnię jego przekroju poprzecznego „S”.
2. Zestawić układ pomiarowy według schematu:
Uwaga: oscyloskop (model 3502 C) powinien być przygotowany do pracy w trybie X-Y. W tym celu należy przełączyć pokrętło TIME/DIV na pozycję X-Y. Na wejście CH-B należy podać sygnał odchylania
poziomego (X) a na wejście CH-A sygnał odchylania pionowego (Y). 3. Włączyć oscyloskop i za pomocą pokręteł przesuwu plamki w kierunku osi x i y oscyloskopu ustawić plamkę dokładnie w środku ekranu, w punkcie przecięcia się osi jego układu współrzędnych.
4. Pokrętło autotransformatora ATr ustawić w lewym skrajnym położeniu. Włączyć zasilanie układu pomiarowego. Rozmagnesować próbkę badanego ferromagnetyka. W tym celu należy dobrać za pomocą autotransformatora wartość napięcia, tak, aby przy odpowiednio dobranych czułościach wzmacniacza X i Y uzyskać na ekranie oscyloskopu pętlę histerezy. Następnie należy wolno zmniejszać autotransformatorem napięcie do zera. 5. Przystosować oscyloskop do pomiaru napięć. W tym celu potencjometry
płynnej regulacji czułości wzmocnienia kanału X i Y należy przekręcić na pozycję CAL (do oporu zgodnie z ruchem wskazówek zegara).
Następnie ustawić za pomocą autotransformatora wartość napięcia, przy którym na ekranie oscyloskopu otrzymamy pętlę histerezy dostatecznie dużych rozmiarów. Można też skorzystać ze skokowej regulacji czułości kanałów A i B. Pętla histerezy powinna zajmować całą powierzchnię pomiarową oscyloskopu.
6. Odczytać długości Sx i Sy odcinków pętli histerezy odpowiadające
podwojonej wartości natężenia koercji i indukcji remanencji. Odnotować czułości kx i ky kanałów X i Y oscyloskopu.
7. Rozmontować układ do badania pętli histerezy. Wartości oporów R1 i R2 ,
oraz pojemność C kondensatora wzorcowego zmierzyć za pomocą mostka RLC.
OBLICZENIA I OPRACOWANIE WYNIKÓW Obliczyć wartości:
a) natężenia koercji Hk i indukcji remanencji Br z zależności:
Śr x x k l R z k S H 1 1 2 , z S C R k S B y y r 2 2 2 ,
gdzie: kx i ky są czułościami kanałów „X” i „Y” oscyloskopu, z1 i z2 ilościami
zwojów uzwojeń: pierwotnego i wtórnego.
b) wartość współczynnika dobroci badanego materiału ferromagnetycznego
k
r H
B
Q
WSKAZÓWKI OD DYSKUSJI BŁĘDÓW
- Maksymalny błąd wyznaczenia wartości natężenia koercji, indukcji remanencji i współczynnika dobroci badanego materiału ferromagnetycznego można obliczyć metodą pochodnej logarytmicznej.
- Błąd pomiaru długości odcinków na skali oscyloskopu jest równy dokładności odczytu.
- Błąd pomiaru długości średniej drogi strumienia magnetycznego i powierzchni przekroju poprzecznego rdzenia należy określić na podstawie dokładności odczytu przymiaru milimetrowego.
