Лабораторная установка и методика выполнения работы

 

Для определения точки Кюри ферромагнитного образца используется установка (Рис.8), в которой образец 2 является сердечником своеобразного трансформатора переменного тока. Его первичная обмотка 1 имеет форму однослойной спирали, и она содержит достаточно большое количество витков, чтобы быть подключенной через лабораторный автотрансформатор к стандартной цепи переменного тока с напряжением 220 вольт. Этой же обмоткой образец нагревается за счет ее омического сопротивления. Поверх спирали намотана вторичная обмотка 3, в которой возникает индукционный ток, регистрируемый микроамперметром переменного тока. Температура образца измеряется термопарой 4, спай которой помещен в торцевое углубление образца, и он касается образца. Внешние контакты термопары находятся при комнатной температуре. Термопара отградуирована (таблица градуировки и ее график прилагаются к работе), что позволяет по показаниям милливольтметра определить температуру образца. А она или медленно возрастает после включения установки тумблером или также медленно падает после нагрева и выключения тумблера. Определение точки Кюри и изучение фактически поведения от температуры осуществляют на ее восходящей ветви. Показания микроамперметра свидетельствуют об этом поведении, и можно определить момент, когда образца начнет резко уменьшаться (показания микроамперметра упадут тогда почти до нуля). Температура, соответствующая этому моменту, как раз и будет точкой Кюри.

рис. 8

Для объяснения протекающих здесь физических процессов и право-мерности действий, связанных с процедурой измерений, рассмотрим далее ряд математических соотношений, выражающих собой эти процессы. Переменный ток в первичной обмотке создает переменный магнитный поток, который одновременно пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Следовательно, в каждом витке создается э. д. с. индукции, равная по закону Фарадея:

(8)

где – поток магнитной индукции в сердечнике.

Если первичная обмотка содержит N₁ витков, а вторичная – N₂ витков, то возникающее в них э. д. с. равны соответственно:

(9)

откуда

(10)

Так как э. д. с. в первичной обмотке является электродвижущей силой самоиндукции, ее можно выразить формулой

(11)

где – индуктивность первичной обмотки.

Индуктивность обмотки зависит от магнитной проницаемости сердечника. Первичную обмотку можно считать длинным соленоидом, тогда ее индуктивность связана с формулой:

(12)

где – магнитная проницаемость вещества, заполняющего соленоид, – магнитная постоянная, – длина соленоида, – площадь поперечного сечения.

Из формул (9), (10), (11) получим:

(13)

Мы видим, что э. д. с. во вторичной обмотке зависит от параметров обмоток, от быстроты изменения тока I₁ и, при прочих равных условиях, она пропорциональна сердечника.

Когда сердечник нагревается до точки Кюри и его магнитная проницаемость резко падает, резко уменьшается э. д. с. во вторичной обмотке и, следовательно, резко уменьшается сила тока I₂, регистрируемая микроамперметром. Следует отметить, что при этом уменьшается индуктивное сопротивление первичной обмотки, и ток первичной обмотки заметно возрастает. Однако уменьшение э. д. с. на вторичной обмотке, вызванное уменьшением , столь значительно, что ток, показываемый микроамперметром, падает практически до нуля.