Universidad de Hlu
Curva de inversión de materiales ferromagnéticos
Propósito experimental
1 Comprender las reglas de magnetización de materiales ferromagnéticos y comparar dos propiedades típicas de magnetización dinámica del hierro magnético. materiales.
2. Determine la curva de magnetización básica de la muestra y haga una curva H.
3.Hc, Br, Bm y (Hm? Bm) y otros parámetros.
4. Dibujar el bucle de histéresis de la muestra.
Principio experimental
1. Curva de magnetización inicial y bucle de histéresis.
El material ferromagnético es un material con propiedades especiales y amplios usos. El hierro, el cobalto, el níquel y sus aleaciones, así como los óxidos que contienen hierro (ferritas), son sustancias ferromagnéticas. Su característica es que la intensidad de la magnetización es muy fuerte bajo la acción de un campo magnético externo, por lo que la permeabilidad magnética es muy alta. Otra característica es la histéresis, mediante la cual los materiales ferromagnéticos conservan su estado magnetizado una vez que ha cesado el campo magnético. La Figura 2-1 muestra la relación entre la intensidad de inducción magnética b y la intensidad del campo magnetizante h de materiales ferromagnéticos.
Figura 2-1 Curva de magnetización inicial y bucle de histéresis de material ferromagnético Figura 2-2 Un conjunto de bucles de histéresis del mismo material ferromagnético
El origen O en la figura representa sustancias ferromagnéticas están en un estado magnéticamente neutro antes de la magnetización, es decir, B=H=0. Cuando el campo magnético H aumenta desde cero, la intensidad de inducción magnética B aumenta lentamente, como lo muestra el segmento de línea Oa, y luego B aumenta rápidamente con H, como lo muestra ab, y luego el crecimiento de B se desacelera. Cuando H aumenta a Hm, B alcanza el valor de saturación Bm y Oabs se denomina curva de magnetización inicial. La Figura 2-1 muestra que cuando el campo magnético disminuye gradualmente de Hm a cero, la intensidad de inducción magnética B no regresa al punto "O" a lo largo de la curva de magnetización inicial, sino que disminuye a lo largo de otra nueva curva SR. Compare el segmento de línea OS. y SR, se puede ver que la disminución de H también disminuye en consecuencia, pero el cambio de B va por detrás del cambio de H. Este es el llamado fenómeno de histéresis. La característica obvia de la histéresis es que cuando H = 0, B no es cero, sino que permanece sin cambios.
Cuando la dirección inversa del campo magnético cambia gradualmente de 0 a -Hc, la intensidad de inducción magnética B desaparece, lo que indica que se debe aplicar un campo magnético inverso para eliminar el magnetismo residual. HC se llama fuerza coercitiva y su tamaño refleja la capacidad del material ferromagnético para mantener el estado remanente. El segmento de línea RD se llama curva de desmagnetización.
La Figura 2-1 también muestra que cuando el campo magnético cambia en el orden hm → 0 →-HC →-hm → 0 → HC → hm, la correspondiente intensidad de inducción magnética B sigue la curva cerrada SRDS' R'D'S El cambio se llama bucle de histéresis. Por lo tanto, en un campo magnético alterno (como el núcleo de hierro de un transformador), los materiales ferromagnéticos se magnetizarán → desmagnetizarán → desmagnetizarán → desmagnetizarán repetidamente a lo largo del bucle de histéresis. Durante este proceso, se consume y libera energía adicional del material ferromagnético en forma de calor, lo que se conoce como pérdida por histéresis. Se puede demostrar que la pérdida por histéresis es proporcional al área encerrada por el bucle de histéresis.
2. Curva de magnetización básica
Cabe señalar que cuando el material ferromagnético con el estado inicial H=B=0 se magnetiza de débil a fuerte bajo la intensidad del campo magnético alterno, Se puede obtener un grupo de bucles de histéresis cuyo área se expande de pequeña a grande. Como se muestra en la Figura 2-2, los vértices A1, A2, A3,... estos bucles de histéresis son las curvas de magnetización básicas de materiales ferromagnéticos, y la permeabilidad magnética se puede determinar aproximadamente a partir de estas curvas. Porque B y H son materiales ferromagnéticos no lineales. La permeabilidad magnética relativa de los materiales ferromagnéticos puede llegar a miles o incluso decenas de miles, que es una de las principales razones por las que se utilizan ampliamente.
Figura 2-3 La relación entre μ y H de materiales ferromagnéticos Figura 2-4 Bucles de histéresis de diferentes materiales ferromagnéticos
Se puede decir que la curva de magnetización y el bucle de histéresis son La base principal para la clasificación y selección de materiales ferromagnéticos. La Figura 2-4 muestra dos bucles de histéresis típicos comunes. Entre ellos, los materiales magnéticos blandos se utilizan en la fabricación de transformadores, motores e imanes de CA debido a sus bucles de histéresis largos y estrechos, su pequeña fuerza coercitiva, su pequeño magnetismo residual y sus materiales principales. Los materiales magnéticos duros tienen amplios bucles de histéresis, una gran fuerza coercitiva y una fuerte remanencia, y pueden usarse para fabricar imanes permanentes.
3. Utilice un osciloscopio para observar el principio del bucle de histéresis.
Figura 2-5 Diagrama del circuito principal
El circuito principal del uso de un osciloscopio para observar el bucle de histéresis se muestra en la Figura 2-5.
La muestra a ensayar es una lámina de acero al silicio tipo EI, sobre la cual se enrollan uniformemente una bobina magnetizante N y una bobina auxiliar N. Se aplica voltaje CA u a la bobina magnetizante y la resistencia de muestreo R1 se conecta en serie en la línea. Agregue el voltaje UH a través de R1 a la entrada X del osciloscopio (canal I del osciloscopio DC4322B). El devanado secundario n está conectado en serie con la resistencia R2 y el condensador C para formar un bucle. El voltaje UB a través del capacitor C se aplica al terminal de entrada Y del osciloscopio (canal II del osciloscopio DC4322B). Expliquemos por qué un circuito como este puede mostrar y medir un bucle de histéresis.
(1) uh (entrada x) es proporcional a la intensidad del campo magnético h.
Supongamos que el perímetro promedio de la muestra rectangular es L, el número de vueltas de la bobina magnetizante es N y la corriente magnetizante es i1 (tenga en cuenta que este es el valor instantáneo de la corriente alterna). Según la ley del bucle de Ampere, Hl=Ni1, es decir, I1 = HL/N y UH=R1i1, por lo que está disponible.
(2-1)
Entre ellos, R1, l, n son constantes. Se puede ver que UH es proporcional a h, lo que significa que la deflexión horizontal del electrón. El haz en la pantalla del osciloscopio está relacionado con la desviación horizontal del haz de electrones en la muestra. Directamente proporcional a la intensidad del campo magnético.
⑵ UB (entrada Y) es proporcional a la intensidad de inducción magnética B bajo ciertas condiciones.
Supongamos que el área de la sección transversal de la muestra es s. Según la ley de inducción electromagnética, la fuerza electromotriz inducida en la bobina secundaria de n vueltas debe ser
( 2-2)
Si la corriente secundaria en el circuito secundario es i2 y la carga en el capacitor C es Q, entonces debería haber
(2-3)
En la fórmula anterior, se ha tenido en cuenta el devanado secundario. El número de vueltas n es pequeño, por lo que se puede ignorar la fuerza electromotriz autoinducida. Al seleccionar los parámetros de línea, R2 y C se eligen deliberadamente para que sean lo suficientemente grandes como para que la caída de voltaje a través del capacitor C UB = q/C sea insignificante en comparación con la caída de voltaje a través de la resistencia R2i2. Entonces la ecuación (2-3) se puede reescribir aproximadamente como
(2-4)
Sustituya esta relación en la ecuación (2-4)
( 2 -5)
Comparando la fórmula anterior con la fórmula (2-2), independientemente de su signo negativo (en corriente alterna, el signo negativo equivale a la diferencia de fase de π), debería serlo.
Cuando ambos lados de la ecuación se integran en el tiempo, la constante de integración es 0 porque B y UB se alternan. Después de completar
(2-6)
Se puede ver que el punto de luz del osciloscopio representa un bucle de histéresis completo dentro de un ciclo del cambio de la corriente magnetizante. Este proceso se repite en cada ciclo posterior, produciendo un patrón de bucle de histéresis estable en la pantalla del osciloscopio.
Si se añaden UH y UB al extremo de entrada de señal del probador, se pueden medir la intensidad de inducción magnética de saturación Bm, la remanencia Br, la fuerza coercitiva HC, la pérdida por histéresis (BH) y la permeabilidad magnética de la muestra. . Tasa.
Figura 2-6 El diagrama esquemático del circuito de la medición real
El diagrama esquemático del circuito de la medición real se muestra en la Figura 2-6. Para que la caída de voltaje UH en R1 sea proporcional al valor instantáneo de la corriente i1, R1 debe ser una resistencia sin inductancia o con una inductancia muy pequeña. En segundo lugar, en aras de una operación segura y un ajuste conveniente, se utiliza un transformador reductor de aislamiento B en la línea para evitar que los componentes posteriores del circuito se conecten directamente a la red eléctrica de 220 V. El transformador regulador de voltaje se utiliza para ajustar el voltaje de entrada u para controlar la corriente magnetizante i1.
Instrumentos de Laboratorio
Probador de bucle de histéresis MHC, comprobador de bucle de histéresis y osciloscopio.
Contenido experimental y pasos
1. Conexión del circuito: De acuerdo con el diagrama del circuito que se muestra en la Figura 2-9, seleccione la muestra 1 para conectar el circuito, establezca r 1 = 2.5ω, La "selección U" es 0. UH y UB (es decir, U1 y U2) están conectados a las entradas x e y del osciloscopio respectivamente, y "Jack·⊥" es el terminal público.
2. Desmagnetizar la muestra: Encienda el probador y desmagnetice la muestra, es decir, gire la perilla "U Select" en el sentido de las agujas del reloj para aumentar U de 0 a 3 V, y luego gire la perilla en el sentido contrario a las agujas del reloj. para aumentar U desde el valor máximo El propósito de reducirlo a 0 es eliminar el magnetismo residual y garantizar que la muestra esté en un estado magnéticamente neutro, es decir, B = H = 0, como se muestra en la Figura 2-7.
3. Observe el bucle de histéresis: encienda el osciloscopio, coloque el punto de luz en el centro de la cuadrícula de coordenadas, haga U=1,5 V, ajuste la sensibilidad del eje X e Y. -eje del osciloscopio respectivamente, de modo que aparezca el bucle de histéresis A con un tamaño de patrón adecuado (si aparece un pequeño bucle trenzado en la parte superior del patrón, como se muestra en la Figura 2-8, el voltaje de excitación U se puede reducir para eliminar él).
Figura 2-7 Diagrama esquemático de desmagnetización Figura 2-8 Distorsión causada por factores como la diferencia de fase entre uh y b.
4. Observe la curva de magnetización básica, desmagnetice la muestra según el paso 2 y aumente gradualmente el voltaje de excitación a partir de U=0, y se obtendrá un grupo de bucles de histéresis en la pantalla. La línea que conecta los vértices de estos bucles de histéresis es la curva de magnetización básica de la muestra.
5. Observe y compare las características de magnetización de la muestra 1 y la muestra 2; determine el magnetismo suave y el magnetismo duro de las dos muestras. (U=1,5 V o U=2,0 V, r1 = 2,5ω)
6. Dibujar la curva H: Leer atentamente las instrucciones del tester (ver referencias) y conectar el tester y el conector. Encienda la alimentación, desmagnetice la muestra, mida 10 conjuntos de valores de Hm y Bm cuando U = 0,5, 1,0... 3,0 V en secuencia y haga una curva H.
7. Sea U=1,5V, r 1 = 2,5ω, y determine el Bm, Br, Hc, [BH] y otros parámetros de la muestra 1.
8. Tome H y su valor B correspondiente en el paso 7, use papel de dibujo para dibujar una curva B-H (¿cómo obtener el número? ¿Cuántos conjuntos de datos tomar? Considérelo usted mismo) y estimar el área alrededor de la curva.
Procesamiento de datos
Tabla 2-1 Curva de magnetización básica y curva H
U(V) Hm×103 A/m Bm×10 Tesla= B/ H Enrique/m.
0,5
1,0
1,2
1,5
1,8
2,0 p>
2.2
2.5
2.8
3.0
Tabla 2-2 Curva B-H U=1.5 V, r 1 = 2.5ω, Hc= Br= Hm= Bm= [BH]=
No H×103A/m B×10T No. H×103A/m B×10/m No. H ×103A/m B ×10A/m
Preguntas para pensar
1. ¿Cuáles son las características de las sustancias ferromagnéticas?
2. ¿Qué son los materiales magnéticos duros y los materiales magnéticos blandos?
3. ¿Cómo determinar la permeabilidad magnética? ¿Cómo juzgar la pérdida por histéresis de materiales ferromagnéticos?
4. ¿Cómo desmagnetizar los materiales del experimento para que queden en un estado magnéticamente neutro?