Laboratorium Materiałoznawstwa Temat:

Wstęp teoretyczny:

Materiały magnetyczne możemy podzielić na dwie podstawowe grupy:

materiały diamagnetyczne i materiały paramagnetyczne. Materiały diamagnetyczne nie zawierają trwałych dipoli magnetycznych. W pozostałych materiałach takie dipole występują i w zależności od siły ich oddziaływania możemy wyróżnić grupę: paramagnetyków, ferromagnetyków, antyferromagnetyków i ferrimagnetyków.

W opisie procesu magnesowania się ferromagnetyków wykorzystywane jest pojęcie domen lub obszarów Weissa. W obszarach tych momenty magnetyczne atomów ustawiają się równolegle. Domeny oddzielone są ściankami Blocha o i w niej zachodzą zmiany kierunku wektora magnesowania, pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Początkowo chaotyczne kierunki wektorów poszczególnych domen dążą do konfiguracji warunkowej minimalną całkowitą energią.

Po umieszczeniu próbki materiału ferromagnetycznego w polu magnetycznym, którego natężenie rośnie od zera, obserwujemy najpierw wzrost domen zgodnym z kierunkiem pola, później następuje skokowa orientacja domen. Towarzyszy temu silny wzrost indukcji. Gdy natężenie pola obniżymy do zera, obrót niektórych domen jest już niemożliwy. Zjawisko to jest bezpośrednią przyczyną powstania pętli histerezy. Przemagnesowując próbkę materiału w polu przemiennym możemy otrzymać całą rodzinę pętli, w zależności od maksymalnych wartości pola. Miejsce geometryczne punktów nasycenia tworzy tzw. Krzywą dynamicznego magnesowania.

Celem ćwiczenia był pomiar charakterystyk magnesowania, pętli histerezy oraz strat histerezowych dla dostarczonych próbek materiałów magnetycznych.

Schemat połączeń układu mierniczego.

Parametry próbek materiałów magnetycznych przeznaczonych do badań.

Lp.	Oznaczenie	L [cm]	s [cm^2]	Z1	Z2
1	Tr. 1	10,4	3,2	356	2894
2	Tr. 2	25,0	8,0	166	1375
3	Tr. 3	18,5	6,7	117	1780

Zestawienie wyników pomiarów.

Transformator 1		Transformator 2		Transformator 3		Transformator 4		Transformator 5
U1 [V]	U2 [V]	U1 [V]	U2 [V]	U1 [V]	U2 [V]	U1 [V]	U2 [V]	U1 [V]	U2 [V]
0,011	85,1	0,033	22,8	0,026	43,2	0,072	3,5	1,131	73
0,023	118	0,049	45,4	0,038	58,5	0,190	10,7	1,470	96
0,044	149,5	0,058	53,2	0,066	88,6	0,456	20,6	1,922	128,2
0,072	177,2	0,100	85,9	0,090	111,7	0,790	28,9	2,166	149
0,130	211,7	0,129	102,9	0,138	144,9	1,567	42,1	2,541	185
		0,302	160	0,224	178	1,918	47	2,660	201,6
		0,648	208	0,342	200

Charakterystyki mierzonych wielkości przy założeniach:

1. 
   

2. 
   

Obliczanie maksymalnej wartości pola magnetycznego i indukcji magnetycznej.

gdzie:

- rezystancja w obwodzie pierwotnym transformatora 1Ω

f - częstotliwość sieci 50 Hz

Zestawienie wyników obliczeń.

Transformator 1		Transformator 2		Transformator 3
Hm [A/m]	Bm [nT]	Hm [A/m]	Bm [nT]	Hm [A/m]	Bm [nT]
8,359	10,2	9,213	9,0	5,756	9,1

Przybliżone pętle histerezy dla wybranych transformatorów przy napięciu 200 V:

Transformator 1

X=0,1

Y=0,1

Transformator 2

X=0,5

Y=0,1

Transformator 3

X=0,2

Y=0,1

Uwagi i wnioski:

Po namagnesowaniu ferromagnetyku zmniejszamy wartość H przez co powstaje zależność B(H) nie pokrywa się ona z pierwotna krzywa magnesowania. B zmniejsza się wolniej i przy H=0 pozostaje wartość indukcji magnetycznej Br większa od 0. Żeby ja zlikwidować należy wytworzyć przeciwne zewnętrzne pole magnetyczne -Hc. Jeżeli będzie ono zwiększane indukcja osiągnie wartość nasycenia -Bn. Krzywa łącząca Bn i -Bm tworzy górna polowe symetrycznej względem początku układu współrzędnych pętli zwanej pętla histerezy. Kształt i wielkość pętli histerezy zależy od składu i własności materiałów magnetycznych. Wielkości charakterystyczne:

Pętla histerezy magnetycznej.

gdzie:

Br - pozostałość magnetyczna

Hc - natężenie powściągające

Hm Bm - pole i indukcja nasycenia.

Indukcja magnetyczna B jest wprost proporcjonalna do natężenia pola magnetycznego.

Na podstawie sporządzonych oscylografów możemy oszacować, które materiały użyte do budowy transformatorów są magnetycznie twardsze. Ich pętle histerezy magnetycznej są bowiem szersze.

Wykonane pomiary obarczone były nieznacznym błędem o czym świadczą odchyłki punktów pomiarowych od wyznaczonych krzywych.

1

1

---