III EiT	Temat: Badanie materiałów ferromagnetycznych.	Data: 6.11.2008
Nr: 4	wykonali: Puchała Piotr Rusek Łukasz Wojtalla Marcin	ocena:

Parametrem określającym własności magnetyczne materiałów jest podatność

magnetyczna definiowana na jednostkę objętości:

gdzie:
- jest wektorem namagnesowania (momentem magnetycznym przypadającym na jednostkę objętości), natomiast
- to wektor pola magnetycznego.

Substancje możemy podzielić na trzy główne kategorie: diamagnetyki (o ujemnej podatności magnetycznej), paramagnetyki i ferromagnetyki (o dodatniej podatności magnetycznej), zależnie od tego jak modyfikują one pole magnetyczne i jak się w tym polu zachowują. W substancjach należących do trzeciej kategorii w określonych warunkach temperatury i odpowiedniej fazie krystalicznej występuje uporządkowanie momentów magnetycznych

atomów bez obecności zewnętrznego pola magnetycznego.

Zachowanie się magnetyków w polu magnetycznym można wyjaśnić na podstawie zjawisk zachodzących w atomach i cząsteczkach. Elektrony, ze względu na swój ruch wokół jąder atomowych mają orbitalny moment magnetyczny oraz spinowy moment magnetyczny. W nieobecności zewnętrznego pola magnetycznego moment magnetyczny atomu lub

cząsteczki (wypadkowy moment orbitalnych i spinowych momentów magnetycznych elektronów) może być równy bądź rożny od zera. W pierwszym przypadku substancja jest diamagnetykiem, w drugim natomiast jest paramagnetykiem lub ferromagnetykiem. Pole magnetyczne wywołuje we wszystkich substancjach powstanie indukowanego momentu magnetycznego, który jest skierowany - zgodnie z regułą Lentza - przeciwnie do wektora indukcji magnetycznej pola
działającego na atomy. Zjawisko to nazywane powszechnym diamagnetyzmem, w wielu substancjach jest maskowane przez znacznie mocniejsze efekty paramagnetyczne lub ferromagnetyczne, polegające na porządkowaniu przez pole magnetyczne własnych momentów magnetycznych atomów i cząsteczek.

Schemat układu pomiarowego do wyznaczania krzywej magnesowania i pętli histerezy metodą oscylograficzną.

Najważniejszym elementem układu pomiarowego jest rdzeń badanego materiału ferromagnetycznego, na którym nawinięte są dwa uzwojenia, pierwotne Z₁ oraz wtórne Z₂. Prąd płynący w uzwojeniu pierwotnym, jest proporcjonalny do wytwarzanego pola magnetycznego
. Jego przepływ powoduje spadek napięcia U₁ na zaciskach rezystora, który jest podawany na kanał oscyloskopu. Prąd w uzwojeniu wtórnym transformatora płynący poprzez układ całkujący (rezystor R₂ kondensator C) powoduje powstanie sygnału napięciowego U₂ podawanego na kanał oscyloskopu. Sygnał ten jest proporcjonalny do indukcji pola magnetycznego
.

Wartość maksymalną pola magnetycznego wyznaczamy z zależności:

Maksymalna wartość indukcji magnetycznej dana jest zależnością:

Wyniki pomiarów i szkic uzyskanej w pomiarze pętli histerezy.

I. Transformator pierwszy (Tr-1).

U1-1	U2-1
0,069	37,15
0,083	49
0,101	64,5
0,14	89,8
0,22	109,5
0,28	122,5
0,31	150
0,37	177
0,49	200
0,63	223

II. Transformator drugi (Tr-2).

U1 -2	U2-2
0,132	63,5
0,162	76
0,175	80
0,3	100
0,32	117
0,36	131
0,45	150
0,68	180
0,91	204
1,2	220

III. Transformator trzeci (Tr-3).

U1-3	U2-3
0,099	98
0,118	114
0,15	133
0,185	150
0,273	177
0,312	185
0,375	193
0,45	202
0,52	209
0,65	220

Obliczenia:

I. Transformator pierwszy (Tr-1).

II. Transformator drugi (Tr-2).

III. Transformator trzeci (Tr-3).

IV. Transformator czwarty (Tr-4).

V. Transformator piąty (Tr-5).

Wnioski.

W tym ćwiczeniua badaliśmy 5 transformatorów, po namagnesowaniu ferromagnetyku zmniejszamy wartość H przez co powstaje zależność B(H) nie pokrywa się ona z pierwotną krzywą magnesowania. B zmniejsza się wolniej i przy H=0 pozostaje wartość indukcji magnetycznej B_r większa od 0. Żeby ja zlikwidować należy wytworzyć przeciwne zewnętrzne pole magnetyczne -H_c. Jeżeli będzie ono zwiększane indukcja osiągnie wartość nasycenia -B_n. Krzywa łącząca B_n i -B_m tworzy górną połowę symetrycznej względem początku układu współrzędnych pętli zwanej pętla histerezy. Kształt i wielkość pętli histerezy zależy od składu i własności materiałów magnetycznych. Wielkości charakterystyczne:

Br - pozostałość magnetyczna

Hc - natężenie powściągające

Hm Bm - pole i indukcja nasycenia.

Pętla histerezy magnetycznej.

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.

VI. Transformator czwarty (Tr-4).

U1-4	U2-4
0,144	7,6
0,178	9,5
0,303	14,6
0,49	20
0,57	22,4
0,735	26,2
0,99	31
1,12	33,2
1,32	36

V. Transformator piąty (Tr-5).

U1-5	U2-5
0,038	23
0,068	44
0,126	78
0,152	91
0,198	112
0,273	137
0,55	170
0,44	191
0,514	207
0,585	220

---