Jak wygląda proces pomiaru pętli histerezy materiału takiego jak żelazo?

Proces pomiaru pętli histerezy materiałów takich jak żelazo

Pomiar pętli histerezy (Hysteresis Loop) materiałów takich jak żelazo jest ważnym procesem eksperymentalnym wykorzystywanym do badania właściwości magnetycznych tych materiałów. Pętla histerezy dostarcza kluczowych informacji o stratach energii, koercji i pozostałości podczas procesów namagnesowania i demagnesowania. Poniżej znajduje się szczegółowy opis procedury pomiaru pętli histerezy:

Wyposażenie doświadczalne

• Zasilacz: Zapewnia stabilne źródło prądu stałego lub przemiennego.

• Cewka namagnesowująca: Oplata próbę, aby wygenerować pole magnetyczne.

• Czujnik efektu Halla: Służy do pomiaru indukcji magnetycznej B w próbie.

• Amperomierz: Służy do pomiaru prądu I przez cewkę namagnesowującą.

• System akwizycji danych: Służy do zapisywania i przetwarzania danych doświadczalnych.

• Trzymacz próbek: Stabilizuje pozycję próbki.

Kroki doświadczenia

Przygotowanie próbki:

Ustawić materiał testowy (np. pręt lub blachę żelazną) w trzymaczu próbek, zapewniając stabilność jego położenia.

Montaż cewki namagnesowującej:

Tightly wrap the magnetizing coil around the sample, ensuring it is evenly distributed.

Podłączenie obwodu:

Podłączyć cewkę namagnesowującą do zasilacza i amperomierza, upewniając się, że połączenia obwodowe są poprawne.

Umieścić czujnik efektu Halla w odpowiednim miejscu na próbce, aby zmierzyć indukcję magnetyczną B.

Kalibracja sprzętu:

Skalibrować czujnik efektu Halla i amperomierz, aby zapewnić dokładne pomiary.

Początkowa demagnetyzacja:

Przeprowadzić początkową demagnetyzację próbki, aby zapewnić jej stan zerowego namagnesowania. Można to osiągnąć poprzez zastosowanie odwrotnego pola magnetycznego lub nagrzanie próbki powyżej jej punktu Curiego, a następnie ochłodzenie jej.

Stopniowe zwiększenie pola magnetycznego:

Stopniowo zwiększać prąd I przez cewkę namagnesowującą i rejestrować indukcję magnetyczną B dla każdej wartości prądu. Używać systemu akwizycji danych do zapisywania odpowiadających sobie wartości I i B.

Stopniowe zmniejszenie pola magnetycznego:

Stopniowo zmniejszać prąd I przez cewkę namagnesowującą i rejestrować indukcję magnetyczną B dla każdej wartości prądu. Kontynuować rejestrowanie odpowiadających sobie wartości I i B aż do momentu, gdy prąd wróci do zera.

Powtórzenie pomiarów:

Aby uzyskać bardziej dokładne dane, powtarzać powyższe kroki wielokrotnie, aby zapewnić spójność i niezawodność danych.

Narysowanie pętli histerezy:

Użyć zarejestrowanych danych do narysowania zależności między indukcją magnetyczną B a natężeniem pola magnetycznego H.

Natężenie pola magnetycznego H można obliczyć za pomocą następującego wzoru: H = NI/L

gdzie:

• N to liczba zwitków cewki namagnesowującej

• I to prąd przez cewkę namagnesowującą

• L to średnia długość cewki namagnesowującej

Analiza danych

Określenie pozostałości Br:

Pozostałość Br to indukcja magnetyczna pozostająca w materiale, gdy natężenie pola magnetycznego H wynosi zero.

Określenie koercji Hc:

Koercja Hc to odwrotne natężenie pola magnetycznego wymagane do zmniejszenia indukcji magnetycznej B z maksymalnej dodatniej wartości do zera.

Obliczenie strat histerezy:

Straty histerezy można oszacować, obliczając powierzchnię zamkniętą przez pętlę histerezy. Straty histerezy Ph można wyrazić za pomocą następującego wzoru: P h = f⋅Area of the hysteresis loop gdzie:

f to częstotliwość (jednostka: hercy, Hz)

Precautions

• Kontrola temperatury: Utrzymywać stałą temperaturę podczas eksperymentu, aby uniknąć wpływu zmian temperatury na wyniki pomiarów.

• Rejestrowanie danych: Upewnić się, że dane są zapisywane dokładnie i kompleksowo, aby uniknąć pominięć lub błędów.

• Kalibracja sprzętu: Regularnie kalibrować sprzęt doświadczalny, aby zapewnić niezawodność wyników pomiarów.

Dążąc do przestrzegania tych kroków, można skutecznie zmierzyć pętlę histerezy materiałów takich jak żelazo i uzyskać ważne właściwości magnetyczne. Te parametry są kluczowe dla wyboru materiałów i ich zastosowań.