Как найти критическое значение тока

Каталог Поиск Поступления Замечания Справка Разделы Направления Статистика Контакты Регистрация пользователей Редактирование описаний Служебное Обращения Ресурсы Маркетинг Физика диэлектриков ЭТМ ЭТМ (базовый) Электропроводность Поляризация Потери Пробой Диэлектрики Магнитные материалы Радиационные свойства диэлектриков Полупроводники Проводниковые материалы Свойства проводников Проводниковые металлы и сплавы Сверхпроводимость Сверхпроводники Критическое магнитное поле и критический ток Классификация Самопроверка ЭТМ (ИЭТ) ЭТМ (ИЭЭ) ЭТМ (ИРЭ) ЭТМ-экспресс Публикация ЭОР Лаборатория

Пользователь: Каталог | Ресурсы | ЭТМ | ЭТМ (базовый) | Проводниковые материалы | Сверхпроводимость | Критическое магнитное поле и критический ток  Критическое магнитное поле и критический ток

Для
определения удельного заряда электрона
используется двух- электродная лампа,
включенная по схеме, данной на рис.
4.3.а.

Лампа
помещена в центральную часть соленоида,
схема включения которого приведена на
рис.4.3.б. Ток в цепи соленоида устанавливают
с помощью реостата R_с.

а)	б)
Рис.4.3

Реостатом
R_a
поддерживается постоянное анодное
напряжение U_а.
Анодный ток измеряется миллиамперметром
mA. Для определения критического тока
I_с
кр
снимают график зависимости анодного
тока I_a
от тока в соленоиде I_с,
экспериментальные кривые I_a
=
I_a
(I_c)
не будут делать вертикаль-

Рис.4.4

ного сброса силы анодного тока при определенном значении Ic (риc.4.4), что объясняется разбросом в начальных скоростях электронов, покидающих катод. Для определения Ic кр нужно провести графическое дифференцирование полученных кривых. Ic кр соответствует максимуму на графике зависи-

мости
от I_c
(эта зависимость показана пунктиром
на рис.4.4). Вместо графического
дифференцирования можно ограничиться
нахождением точки на графике I_а
= I_а
(I_с),
в которой касательная имеет максимальный
наклон (это делается с помощью линейки).
Соответствующее значение I_c
и будет критическим.

1. Выполнение
   работы и обработка результатов

1. Включить
   схему, собранную согласно рис.4.3, в сеть
   220 В.

2. После
   3 минут прогрева катода установить одно
   из рекомендованных значений анодного
   напряжения U_а.

3. Увеличивая
   ток в цепи соленоида ступенями по 0,1 А.
   Записать для каждого значения силы
   тока соленоида I_c
   соответствующее
   значение анодного
   тока
   I_а.
   При этом анодное напряжение следует
   поддерживать постоянным.

4. Опыт
   повторить для трех анодных напряжений
   (указывает преподаватель).

5. По
   результатам опыта для каждого U_а
   на миллиметровой бумаге построить
   график зависимости анодного тока от
   тока в соленоиде (на одном рисунке).

6. Из
   графиков найти критический ток I_{с
   кр}
   в соленоиде для каждого значения U_а,
   затем по формуле (4.7) вычислить е/m. Из
   трех значений для е/m взять среднее
   арифметическое.

7. Оценить
   погрешность вычислений.

8. Используя
   табличные данные для заряда и массы
   электрона, рассчитать величину удельного
   заряда электрона. Сравнить с
   экспериментально полученной величиной
   е/m.

1. Контрольные
   вопросы

1. Что
   называют удельным зарядом электрона?

2. Какие
   силы действуют на электрон при его
   движении между электродами лампы? Чему
   они равны и как направлены?

3. По
   какой траектории движется электрон
   при наличии Е и В.

4. Что
   такое критическое поле В_кр
   и критический ток I_{c
   кр}?

5. Как
   определяется е/m электрона в данной
   работе?

6. Почему
   спад на кривой зависимости I_а
   от I_с
   получается не в виде ступеньки, а
   размытым?

Литература.
[1, §§18.1; 2, §§ 37; 3, §§ 72-74].

1. ИЗУЧЕНИЕ
   ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ

Цель
работы:
изучение зависимости магнитной индукции
B в веществе от напряженности H внешнего
магнитного поля. Определение зависимости
магнитной проницаемости m от напряженности
магнитного поля Н. Определение коэрцитивной
силы и остаточной индукции.

Приборы
и принадлежности:
ферритовый тороид, осциллограф, генератор
синусоидальных сигналов, цифровой
вольтметр, амперметр, резисторы,
конденсатор.

1. Теоретические
   сведения

Движение
электронов по замкнутой орбите
эквивалентно круговому току I = e ν, где
е – заряд электрона, а ν – частота обращения
электрона. При этом модуль орбитального
магнитного момента электрона (см. формулы
(7)…(9))

Р_m
орб
= е ν π r²
(5.1)

Модуль
момента импульса электрона, движущегося
по круговой орбите (см. рис.5.1),

L_орб
=
m
r
υ
= m
2
π ν r².
(5.2)

Рис.5.1

Сравнивая формулы (5.1) и (5.2), найдем магнитомеханическое отношение: . (5.3) Кроме орбитальных моментов и электрон имеет также собственный момент импульса , называемый спином, и собственный магнитный момент Pms, причем

, (5.4)

что
в два раза превышает аналогичное
отношение (5.3) для орбитальных моментов.
В настоящее время установлено, что
именно собственные магнитные моменты
электронов ответственны за магнитные
свойства многих веществ и, в частности,
ферромагнетиков.

Общий
магнитный момент атома

равен
сумме орбитальных и собственных магнитных
моментов его электронов. Пусть ∆V –
небольшой объем пространства, заполненного
веществом.

Величину

,
(5.5)

где
в числителе стоит сумма всех атомных
магнитных моментов в объеме DV, называют
намагниченностью
вещества.
Таким образом,
представляет собой магнитный момент
единицы объема.

Вектор

(5.6)

называют
напряженностью
магнитного поля.
Для изотропных магнетиков

,
(5.7)

где
χ – коэффициент, зависящий от рода
вещества. Его называют магнитной
восприимчивостью.

Вектор .
(5.8)

Коэффициент
μ= 1 + χ называют магнитной
проницаемостью вещества.
Вещества, для которых χ < 0 (μ<1), называют
диамагнетиками.
Вещества, для которых χ > 0 (μ>1), называют
парамагнетиками.
Среди парамагнетиков выделяют класс
веществ, называемых ферромагнетиками,
для которых: 1) χ (μ) может значительно
превышать единицу и 2) χ
и
μ зависят от H.

Ферромагнетикам
свойственно явление
гистерезиса.
Оно заключается в том, что J зависит не
только от H в данный момент, но и от того,
как изменилась H в предшествующие моменты
времени. Следовательно, для ферромагнетиков
J не является однозначной функцией H.

В
ферромагнетике имеются микрообласти,
в которых все атомные моменты параллельны
друг другу даже в отсутствие внешнего
магнитного поля. Эти области называют
доменами.

Если
ферромагнетик поместить в магнитное
поле, интенсивность которого постепенно
возрастает, то его намагниченность
можно довести до насыщения (точка А на
рис.5.2) и зависимость
от(кривая намагничива-

Рис.5.2

ния) выразится участком ОА. При уменьшении до нуля кривая намагничивания не совпадает с ОА, а идет по АJr, т.е. при снятии внешнего поля ферромагнетик остается намагниченным состаточной намагничен-ностью Jr. Для полного размагничивания образца необходимо приложить магнитное поле обратного направления до величины Нc. Величину напряженности Нc называют коэрцитивной силой. При дальнейшем увеличении обратного магнитного поля вновь достигается насыщение J (точка C на рис.5.2). В результате при попеременном изменении направления H зависимость J от Н выразится замкнутой кривой, называемой петлей гистерезиса. Нелинейная зависимость отдля ферромагнетиков связана с их доменной структурой. Аналогичная предельная петля магнитного гистерезиса для зависимости отпредстав-

Рис.5.3

лена
на рис.5.3. Величина В_ост
называется остаточной
индукцией.
Площадь петли гистерезиса на рис.5.3
пропорциональна количеству теплоты,
выделяющемуся в единице объема
ферромагнетика за один цикл перемагничивания.

1. Описание
   установки и метода измерений

Схема
установки показана на рис.5.4. Исследуемым
образцом является ферритовый тороид
Т, на который равномерно намотаны две
об- мотки 1 и 2 с числом витков N₁
и N₂
соответственно. Последователь- но с
намагничивающей обмоткой 1 включен
резистор r₁,
сопротивление которого равно R₁,
и миллиамперметр mА. Напряжение с
сопротивления R₁
подается на горизонтальный вход X
осциллографа. Это напряжение
пропорционально

Рис.5.4

напряженности
поля катушки 1, так как через обмотку 1
и резистор r₁
течет один и тот же ток. Следовательно,
и отклонение луча по горизонтали
пропорционально Н.

Для
тороида Н = n I, где I – сила тока в тороиде,
n – число витков на 1 м тороида (плотность
витков).

Миллиамперметр
показывает эффективное значение тока
I_эф.
Амплитуда переменного тока.
Таким образом, для амплитуды намагничивающего
поля имеем:

, (5.9)

где
L_ср–
средняя длина тороида, а
–
плотность витков обмотки 1.

На
вертикальный вход У осциллографа
подается напряжение U с конденсатора
С. Пренебрегая падением напряжения на
вторичной обмотке 2, имеем (по закону
Ома): ε = R₂J₂
– U_с
где ε- ЭДС индукции, возникающая в обмотке
2, R₂
– сопротивление резистора r₂,
U_с
– напряжение на конденсаторе С. Если R₂
и С так велики, что R₂J₂
»
U_c,
то

, (5.10)

где
N₂
– число витков обмотки 2, а S – площадь
сечения тороида.

Учитывая
выражение (5.10), получаем:

, (5.11)

или

. (5.12)

Таким
образом, отклонение электронного луча
по оси У (по верти- кали на экране
осциллографа) будет пропорционально
величине В (в каждый момент времени).
Напомним, что отклонение луча по
горизонтальной оси х пропорционально
Н.

За
полный цикл изменения Н луч описывает
на экране осциллографа петлю гистерезиса
(рис.5.3):

В
= f(Н).

1. Задание
   и отчетность

1. Собрать
   схему согласно рис.5.3 (все ручки на
   приборах находятся в положениях,
   отмеченных красными точками !).

2. Изменяя
   ток I _эф
   в намагничивающей обмотке поворотом
   ручки “Рег. выхода” генератора
   низкочастотных сигналов, измерить
   напряжение на конденсаторе U_{с
   эф}
   универсальным вольтметром В7-16, выбирая
   пределы измерения и интервалы величин
   согласно таблице, имеющейся на рабочем
   месте.

3. Результаты
   измерений I_эф
   и U_{с
   эф}
   записать в таблицу.

4. Для
   каждого значения I_эф
   определить Н_о
   и В_о
   по формулам (5.9) и (5.12) соответственно.
   Построить основную кривую В_о
   = f(Н_o)
   (участок ОА на рис.5.3).

5. Для
   каждого Н_о
   определить μ по формуле
   и построить график μ=f(H)

1. Дополнительное
   задание

Определить
коэрцитивную силу Н_с
и остаточную индукцию В_r,
установив для этого максимальную
величину I₂
= 40 мА.

1. Определить
   по осциллографу число делений,
   соответствующее коэрцитивной силе Н_с
   (отрезок
   ОН_с
   на рис.5.3), и умножить его на цену деления
   С_н
   (указана на передней панели прибора).
   Так рассчитывается напряжение U_1с.

Коэрцитивную
силу вычислить по формуле

1. Определить
   по осциллографу число делений,
   соответствующее остаточной индукции
   В_r
   (отрезок ОВ_r
   на рис.5.3), и умножить его на цену деления
   С_в
   (значение С_в
   определяется по положению большой
   ручки переключателя “Вольт/дел.”).
   Тем самым Вы найдете U_сr.
   Остаточную индукцию определить по
   формуле

в сверхпроводниках – макс, величина постоянного электрич. тока, к-рый может протекать через сверхпроводник без диссипации энергии. Если ток превосходит критич. значение, то вещество сверхпроводника переходит полностью или частично в нормальное (несверхпроводящее) состояние и в образце возникает диссипация энергии, приводящая к его нагреву.

В массивном сверхпроводнике 1-го рода К. т. I _с – это такой ток, к-рый создаёт на поверхности образца критическое магнитное поле Нг. В цилиндрич. сверхпроводнике, напр., где R – радиус цилиндра. При токе I>I _с сверхпроводник 1-го рода переходит в промежуточное состояние, характеризующееся чередованием нормальных и сверхпроводящих областей (доменной структурой).

В сверхпроводнике 2-го рода значение К. т. определяется возникновением в образце вихрей (несверхпроводящих вихревых нитей, при образовании к-рых сверхпроводник переходит в т. н. смешанное состояние). Вихревые нити начинают возникать при токе, создающем на границе образца критич. магн. поле H_C1–“Сердцевину” каждой вихревой нити образует квант магн. потока, в силу чего на вихри действует Лоренца сила со стороны протекающего тока, однако в реальных образцах вихревые нити закреплены на дефектах кристаллич. решётки и вблизи границ образца, так что при достаточно малом токе они находятся в равновесии (пиннинг вихревых нитей). При увеличении тока сила Лоренца возрастает и при токе, превышающем критич. значение (К. т. шшнинга), происходит срыв вихревых нитей. (При токе, равном критическому, осуществляется т. н. критич. состояние пиннинга.) Вихревые нити приходят в движение, в результате чего за счёт индукционного механизма в образце генерируется электрич. поле н возникает диссипация энергии (резистивное состояние сверхпроводника). Вещество образца при этом в осн. сохраняет сверхпроводящие свойства (сверхпроводимость подавлена только в сердцевине вихревых нитей).

Различают мягкие и жёсткие сверхпроводники 2-го рода. В мягких сверхпроводниках сила закрепления вихревых нитей мала и К. т. практически равен току, при к-ром на поверхности создаётся критич. магн. поле H_C1. В жёстких сверхпроводниках сила закрепления вихревых нитей велика, значение К. т. определяется срывом вихревых нитей и может быть весьма значительным. Макс. К. т. обладают т. н. композитные сверхпроводники, в к-рых благодаря особой технологии создаётся микроструктура, максимально препятствующая движению вихревых нитей. В таких сверхпроводниках плотность К. т. может достигать 10⁵– 10⁶ А/см ². Жёсткие сверхпроводники находят широкое применение для изготовления сильных сверхпроводящих магнитов.

В тонких сверхпроводниках с поперечными размерами, меньшими глубины проникновения магн. поля, разрушение сверхпроводимости и возникновение диссипации происходят за счёт увеличения скорости сверхпроводящих электронов (куперовских пар) при увеличении тока, К. т. является током разрушения куперовских пар (см. Купера эффект). Магн. поле К. т. в тонких образцах мало, вещество сверхпроводника может перейти в нормальное состояние либо полностью, либо частично (резистивное состояние).

Понятие “К. т.” встречается также в Джозефсона, эффекте.

Лит.: Сан-Жам Д., Сарма Г., Томас Е., Сверхпроводимость второго рода, пер. с англ., М., 1970; Кемпбелл А., Иветс Дж., Критические токи в сверхпроводниках, пер. с англ., М., 1975; Минц Р. Г., Рахманов А. Л., Неустойчивости в сверхпроводниках, М.. 1984.

	Определение критического тока соленоида 29.04.2013, 19:31
23/10/12 713	Имеется график зависимости тока на аноде от тока на соленоиде. Стоит задача узнать критический ток. В интернете по-разному выбирают точки на графике для рассчета критического тока: в центре самого крутого спада, в низу самого крутого спада, по касательной от самого крутого спада. Как верно? http://img.findpatent.ru/img_data/88/881353.gif

nestoronij	Re: Определение критического тока соленоида 29.04.2013, 21:02
09/02/12 358	Это точка пересечения двух касательных. Но в методе магнетрона Ваш график (первый) не совсем верный. При увеличении тока соленоида горизонтального участка не получится. Во всяком случае в нашей установке такого не наблюдалось. Вот рис.3 , то что должно быть. Но касательная к верхней части кривой и спаду.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы