Natężenie indukcji magnetycznej B wewnątrz ferromagnetyka wiąże się z natężeniem zewnętrznego pola magnetycznego Hz poprzez zależność:
B = μo μr H z , (1)
gdzie : μo stała magnetyczna μo = 4p ·10-7 H/m
μr - względna przenikalność magnetyczna
Zależność ta jest ‘słuszna’ w przypadku, gdy zminimalizowany efekt rozproszenia strumienia indukcji magnetycznej przez próbkę a pole zewnętrzne generowane jest przez długi solenoid. W pracowni badany jest przypadek magnesowania próbki za pomocą ‘krótkiego’ solenoidu oraz za pomocą elektromagnesu jarzmowego (rdzeń z blach transformatorowych w kształcie litery C z cewką magnesującą). Poniższe uwagi mają pomóc w określeniu stanu namagnesowania próbki oraz natężenia pola zewnętrznego dla obu tych przypadków.
1. Magnesowanie za pomocą solenoidu
Rys. 1. Schemat magnesowania za pomocą cewki; 1 – próbka, 2 – cewka magnesująca ‘p’, 3 – cewka detekcyjna ‘p’
Rys. 1 pokazuje przypadek magnesowania próbki za pomocą cewki (2) krótszej od próbki. UWAGA: próbka przy takim sposobie magnesowania ulega znaczącemu rozmagnesowaniu przez ‘swobodne’ końce.
Natężenie pola magnetycznego H wewnątrz cewki wyznacza się na podstawie pomiaru sondą efektu Halla (w funkcji napięcia Ui z generatora mocy zasilającego cewkę). Wartość indukcji magnetycznej B w strefie cewki detekcyjnej (3) wyznacza się z sygnału napięciowego U indukowanego w tej cewce. Napięcie U zależy od chwilowej szybkości zmian strumienia indukcji magnetycznej B :
, (2)
gdzie Np - liczba zwojów cewki detekcyjnej, Sp – przekrój poprzeczny próbki.
Wartość indukcji B należy wyliczyć dla jednego okresu magnesowania całkując za pomocą programu ORIGIN funkcje U(t). Całkę wylicza się od momentu, w którym Ui osiąga wartości minimalną. Należy zwrócić uwagę na ‘wyzerowanie’ średniej wartości U z jednego okresu . Gwarantuje to ‘zamykanie się’ pętli B(H).
Należy także wykonać badania dla próbki ‘zwartej’ magnetycznie za pomocą blach transformatorowych Schemat tego eksperymentu pokazano na Rys. 2. Należy sprawdzić wpływ długości zwory na skuteczność ‘zwierania’ strumienia indukcji magnetycznej.
Rys. 1. Schemat magnesowania za pomocą cewki próbki zwartej magnetycznie; 1 – próbka, 2 – cewka magnesująca ‘mp’, 3 – cewka detekcyjna ‘dp’, 4 – zwora magnetyczna
2. Magnesowanie za pomocą elektromagnesu jarzmowego
Schemat układu sposobu magnesowania za pomocą elektromagnesu jarzmowego pokazano na Rys. 3.
Rys. 1. Schemat magnesowania za pomocą elektromagnesu jarzmowego; 1 – próbka, 2 – cewka detekcyjna ‘dp’, 3 – rdzeń elektromagnesu, 4 – cewka magnesująca rdzeń ‘mr’, 5 – cewka kontrolna ’dr’
Na rdzeniu elektromagnesu nawinięta jest cewka magnesująca ‘mr’ (4) oraz cewka kontrolna ‘dr’(5). Liczby zwojów są znane (zaznaczone). Natężenie pola magnetycznego wewnątrz cewki magnesującej ‘mr’ wyznaczyć można znając najpierw ilość zwojów Nm oraz chwilową wartość natężenia prądu I płynącego przez tę cewkę. Natężenie chwilowe prądu I wyznaczyć należy na podstawie pomiaru spadku napięcia na oporniku ( R = 1 Ohm) włączonym szeregowo w obwód tej cewki. Uwaga: spadek ten wyznaczyć z różnicy spadków zmierzonych na zacisku opornika R od strony wysokiego napięcia oraz drugim zacisku tego opornika (jest to zacisk łączący się z opornikiem ‘odniesienia’ znajdującym się wewnątrz generatora prądu). Natężenie pola magnetycznego He w obwodzie ‘elektromagnes – próbka’ oszacować można na podstawie zależności:
, (3)
gdzie L – długość ‘obwodu magnetycznego’.
L = Lp + Lr, (4)
gdzie Lp – długość próbki, Lr – długości rdzenia. Obie długości liczyć wzdłuż linii ‘środkowej’ obiegającej obwód magnetyczny.
Wartość indukcji magnetycznej wewnątrz próbki wyznaczyć należy korzystając z napięcia indukowanego w cewce detekcyjnej ‘dp’. Należy wyznaczyć i porównać wartości strumieni przenikających przez cewki detekcyjne ‘dp’ i ‘dr’. Powinny być one takie same !
inf4