Versuch Die Magnetisierungskurven sowie die Neukurven zweier ferromagnetischer Werkstoffe sind mit dem Ferrographen aufzunehmen.

Transkript

1 5 Vesuch 30 Feogaph. Aufgaben. Die Magnetisieungskuven sowie die Neukuven zweie feomagnetische Wekstoffe sind mit dem Feogaphen aufzunehmen.. Die Koezitivfeldstäke und die Remanenzinduktion de Poben sind zu beechnen.. Gundlagen Stichwote: Magnetismus, Magnetisieung, Weißsche Bezike, Hysteese, Elektonenstahloszilloskop, RC-Glied. Magnetismus Wid ein Stoff einem magnetischen Feld H ausgesetzt, so wid e magnetisiet. Die esultieende magnetische Induktion B setzt sich aus de magnetischen Feldstäke H und de Magnetisieung M de Pobe, die bei vielen Mateialien de magnetisieenden Feldstäke popotional ist, zusammen: B = ( H + M ) = ( H + χ H ) = H mit = ( + χ ) 0 0 m = 4π 0 Vs/Am ist die Induktionskonstante. Die elative Pemeabilität (Pemeabilitätszahl) bzw. die magnetische Suszeptibilität χ m chaakteisieen die Stoffe hinsichtlich ihe magnetischen Eigenschaften:, d.h. χm 0 fü Diamagnetika (z.b. Wasse), d.h. χm 0 fü Paamagnetika (z.b. Co Cl u.a. Salze) fü Feomagnetika (s. Tabelle). Fü feomagnetische Stoffe hängt die elative Pemeabilität von de magnetischen Feldstäke ab; es egibt sich die in Bild dagestellte Abhängigkeit de magnetischen Induktion B von de magnetischen Feldstäke H. m

2 6 Vesuch 30 - Feogaph Bild : Hysteeseschleife eines Feomagneten Die magnetische Induktion nimmt zunächst mit wachsende magnetische Feldstäke zu (Kuve ) und eeicht dann fü H = H S einen Sättigungswet B S. Diese Kuvenzug wid als Neukuve bezeichnet. Wid die magnetische Feldstäke von H S aus veinget, so nimmt die magnetische Induktion wiede ab (Kuve ), wobei jedoch fü H = 0 de Stoff einen Restmagnetismus aufweist, de duch die Remanenzinduktion B R chaakteisiet ist. Est duch eine Koezitivfeldstäke H = - H C wid diese Remanenz beseitigt (Kuve 3). Bei eine zyklischen Veändeung de magnetischen Feldstäke wid die Hysteese wiedeholt duchlaufen. Tabelle : Feomagnetische Wekstoffe hatmagnetische Wekstoffe weichmagnetische Wekstoffe Eigenschaften - stake Dauemagnetismus - schwe magnetisieba - schwache Dauemagnetismus - leicht magnetisieba Beispiele Anwendung - Stahl H C = A/m B R = 0,6 T - hatmagnetische Legieungen (65% Fe, 5% Al, 0% Ni) H C = A/m B R = 0,6 0,7 T - keamische Wekstoffe - Dauemagnete - Lautspeche - Fahaddynamo - Kleinstmotoen - elektische Messgeäte - eines Eisen H C = A/m - Fe - Si - Blech H C = 0-00 A/m - keamische Wekstoffe - Tansfomatoen - Feit - Antennenstäbe - Spulenkene fü Hochfequenz - und Fenmeldetechnik Vegleich: Edmagnetfeld: H 50 A/m, B T

3 Vesuch 30 - Feogaph 7. Wikungsweise des Feogaphen De Feogaph wid mit Hilfe de Schaltung in Bild ealisiet. Bild : Schaltung des Feogaphen Im magnetischen Wechselfeld eine Spule Sp (Windungszahl N, Länge l) wid die zu untesuchende feomagnetische Pobe P (hie das Kenmateial de Spule) ständig ummagnetisiet. Die momentane Magnetfeldstäke in de Spule ist dabei duch H = N I l () gegeben. Die dazu notwendige Spannung wid duch die Tansfomatoen T und T zu Vefügung gestellt. Dabei efolgt die Regelung de Spannung an T (Tennstelltafo) wähend T eine zusätzliche Tansfomation auf entspechend niedige Spannungswete bewikt. Bei eine vogegebenen Spannung und bei Venachlässigung des induktiven Widestandes de Spule Sp wid die Stomstäke I duch die Göße des Vowidestandes R v entspechend bestimmt. Aus () und () egibt sich I = () R v H = N l R v (3) d.h. die Magnetfeldstäke H ist dem Spannungsabfall am Widestand R v popotional. De Spannungsabfall wid deshalb an die hoizontalen Ablenkplatten des Elektonenstahloszilloskops ESO gelegt und ist ein Maß fü die magnetische Feldstäke. De magnetische Fluß Φ = BA (A: Pobenfläche = Spulenfläche) de Pobe P duchsetzt die Spule Sp (Windungszahl N ). In diese wid eine Spannung gemäß induziet. dφ db ind = - N = - N A (4)

4 8 Vesuch 30 - Feogaph Die Spannung ind liefet die zeitliche Ableitung de magnetischen Induktion B. m B selbst zu ehalten, benutzen wi ein RC-Glied zu zeitlichen Integation. Die Spannung ind füht bei Venachlässigung des kapazitiven Widestandes des Kondensatos (R >> / ωc im RC-Glied zu de Stomstäke I = ind / R. Fü den Betag de am Kondensato abfallenden Spannung C gilt dann // Mit (4) egibt sich aus (5) C = I = ind C RC (5) db N AB C = N A = RC RC (6) Folglich ist de Spannungsabfall C am Kondensato de magnetischen Induktion B popotional und wid als Meßspannung an die vetikalen Platten des ESO gelegt. 3. Vesuchsduchfühung 3. Bauen Sie den Feogaph nach de Schaltung in Bild auf. Vewenden Sie fü den Vowidestand eine 00 Ω / 0 Ω-Dekade und übepüfen Sie den Einfluß von R v auf die Fom de Hysteese. Übepüfen Sie fü das beeitgestellte RC-Glied, ob R >> (ω C) efüllt ist. 3. Die Hysteese wid duch geeignete Einstellung von R v und Vesogungsspannung bis in die Sättigung gefahen (vgl. Bild und Hinweis am Vesuchsplatz), mit Hilfe de X - und Y-Vestäkung am ESO auf ein geeignetes Fomat gebacht und dann abgezeichnet. Zu Messung de Achsenschnittpunkte ( x, y H C, B R ) kann das Bild noch weite vegößet weden. Dabei abeitet man mit geeichten Oszi-Einstellungen (Rote Feinegle am Rechtsanschlag!) 3.3 Die Aufnahme de Neukuve efolgt duch schittweise Ehöhung de Spannung an T beginnend bei = 0. Sie ist identisch mit dem Weg, den dabei die Spitze de Hysteese zuücklegt. Emitteln Sie aus de Neukuve die Göße von (in Abhängigkeit von H)! 3.4 Die technischen Daten de vewendeten Spulen und Bauelemente entnehmen Sie bitte den Hinweisen am Vesuchsplatz.

5 Vesuch 30 - Feogaph 9 4. Kontollfagen 4. Eläuten Sie den Zusammenhang zwischen de magnetischen Feldstäke und de magnetischen Induktion bei feomagnetischen Stoffen. 4. Eläuten Sie die Funktion de Schaltung in Bild sowie den Aufbau und die Wikungsweise eines Elektonenstahloszilloskops. 4.3 Wie kann man die Schleifen ekläen, die beim Ausmessen de Feitkenspule am Ende de Hysteese ekennba sind?