Luận văn Thiết kế bài thí nghiệm đo chu trình từ trế

Bài luận văn đã hoàn thành cơ bản các mục tiêu ban đầu đề ra, cụ thể:  Tìm hiểu được cơ sở lý thuyết nền tảng của bài thí ngiệm bao gồm: lý thuyết về chất sắt từ, giải thích các tính chất của sắt từ, lý thuyết về phương pháp được sử dụng để khảo sát các tính chất của chất sắt từ được sử dụng trong bài thí nghiệm này, lý thuyết về sai số của thí nghiệm.  Tìm hiểu được nguyên lí hoạt động cũng như cách sử dụng bộ thí nghiệm, ghi nhận số liệu, cách khử từ và tránh các sai sót khi làm thí nghiệm.

pdf79 trang | Chia sẻ: toanphat99 | Ngày: 22/07/2016 | Lượt xem: 1408 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Thiết kế bài thí nghiệm đo chu trình từ trế, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
nhau, khối sắt từ chưa có từ tính. Hình 1.7: NdFeB-Domains quan sát bằng thực nghiệm Trang 22 Khi tăng từ trường H lên, các moment từ của các miền có xu hướng quay theo hướng của từ trường ngoài tuy nhiên chúng không quay một cách đột ngột mà chuyển dời một cách từ từ. Quá trình này có thể chia làm hai giai đoạn:  Giai đoạn dịch chuyển vách miền: Khi H còn rất nhỏ, những miền có moment từ hợp với từ trường ngoài những góc nhọn (miền thuận lợi) sẽ được mở rộng. Ngược lại, những miền có moment từ hợp với từ trường ngoài những góc tù (miền không thuận lợi) thì bị hẹp lại như hình 1.9b (Điều này cũng dễ hiểu, hãy chú ý đến nguyên lí cực tiểu năng lượng và biểu thức tính năng lượng của một moment từ trong từ trường: 0 0( ) cosm m mp B p B      ). Dễ thấy lúc này moment từ của khối sắt từ đã khác không. Quá trình này (khi H còn rất nhỏ) là quá trình thuận nghịch ứng với đoạn 1 trên hình 1.9g. Nếu tiếp tục tăng H thì miền không thuận lợi sẽ hẹp dần đến khi mất hẳn (hình 1.9d). Quá trình này là không thuận nghịch ứng với đoạn 2 trên hình 1.9g.  Giai đoạn moment từ quay theo hƣớng của từ trƣờng ngoài: Tiếp tục tăng H thì lúc này các moment từ ở các miền thuận lợi sẽ quay dần theo hướng của từ trường ngoài đến khi H đủ lớn thì các moment từ hoàn toàn song song và cùng chiều với từ trường ngoài (hình 1.9f) lúc này sự từ hoá đạt giá trị bão hoà, quá trình này ứng đoạn 3 trên hình 1.9g. Trang 23 Hình 1.9:Quá trình quay domain từ trong chất sắt từ dƣới tác dụng của từ trƣờng Khi không còn đặt trong từ trường ngoài moment từ của các miền từ hoá vẫn còn giữ được sự định hướng của mình ở một mức độ nào đó chứ không hỗn độn như lúc đầu, (có thể tưởng tượng giống như một tờ giấy khi đã bị vo lại thì không thể trở lại phẳng như lúc đầu được mà vẫn giữ lại những nết nhăn ở một mức độ nào đó dù ta có kéo nó ra), bởi trong chất sắt từ luôn tồn tại những yếu tố làm cho tinh thể về toàn bộ không còn đồng nhất nữa(do các ứng suất cơ học, do tạp chất ), tác dụng của các yếu tố bất đồng nhất ngăn cản các quá trình dịch chuyển và quay, tương tự như một nội lực ma sát ngăn không cho các moment từ quay về vị trí hỗn độn ban dầu, đó chính là nguyên nhân của tính từ dư trong chất sắt từ. Nếu nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt của các nguyên tử phân tử sẽ làm giảm sự định hướng được giữ lại của các moment từ sau khi từ hoá do đó làm tính từ dư giảm, nếu nhiệt độ tăng đến nhiệt độ Curi thì lúc này các nguyên tử dao động đủ mạnh để làm tan rã sự định hướng song song của các moment từ spin trong từng miền từ hoá, do đó các tính chất sắt từ sẽ mất đi. Trang 24 Chúng ta vừa tìm hiểu về chất sắt từ cũng như là giải thích về mặt lý thuyết các tính chất của chất sắt từ. Trong phần kế tiếp, để thuận tiện cho việc tính toán và xử lí kết quả thí nghiệm, trong phần kế tiếp, tác giả xin trình bày về phương pháp tính sai số trong thí nghiệm, nội dung phần này được tham khảo chủ yếu trong tài liệu số [5][6]. 1.5. Phƣơng pháp tính sai số Các kết quả thực nghiệm bao giờ cũng có sai số, và phải xác định được sai số của đại lượng đo được đó thì đại lượng đo được mới có ý nghĩa, do đó vấn đề sai số trong thí nghiệm có một ý nghĩa hết sức quan trọng. Trong phần này tác giả xin trình bày nguyên nhân gây ra sai số và một số cách tính sai số thông dụng, thường gặp trong các bài thí nghiệm vật lý. a. Nguyên nhân gây sai số  Dụng cụ: Mỗi dụng cụ đo đều có một độ chính xác nhất định, đơn giản là ta chỉ có thể đọc giá trị đo được đến độ chia nhỏ nhất (hoặc nửa độ chia nhỏ nhất) của dụng cụ đo chứ không thể đọc được chính xác hoàn toàn giá trị của đại lượng cần đo, điều này gây ra sai số dụng cụ, ngoài ra những sai sót trong cấu tạo của dụng cụ, những biến đổi của môi trường khi dụng cụ hoạt động cũng gây nên sai số dụng cụ Trước khi tiến hành thí nghiệm cần kiểm tra, chọn lựa dụng cụ đo có độ chính xác phù hợp  Người làm thí nghiệm: Do kinh nghiệm của người đo còn hạn chế hoặc các giác quan kém nhạy để hạn chế sai số này, người làm thí nghiệm cần rèn luyện, thực hiện thí nghiệm nhiều lần để nâng cao trình độ và kinh nghiệm của bản thân, ngoài ra còn phải cẩn thận kiểm tra kĩ lưỡng các dụng cụ đo để cài đặt ban đầu cho chính xác Trang 25  Điều kiện môi trường: N hiều thí nghiệm phải tiến hành trong thời gian dài hoặc thực hiện nhiều lần nhưng khó có thể giữ nguyên các điều kiện thí nghiệm như nhiệt độ, độ rung, tiếng ồn để khắc phục ta có thể tiến hành đo càng nhiều lần càng tốt Sai số do người làm thí nghiệm, hoặc do điều kiện môi trường thuộc loại sai số ngẫu nhiên. Sai số do máy móc, dụng cụ đo thuộc loại sai số dụng cụ. b. Các phép tính sai số  Sai số tuyệt đối Khi đo một đại lượng F nào đó thì trị tuyệt đối của hiệu số giữa giá trị đo được a và giá trị thực A của đại lượng F đó được gọi là sai số tuyệt đối của phép đo (chưa tính đến sai số dụng cụ) : A a A   (1.23) A là giá trị thực sự của F mà ta chưa biết, để xác định A ta phải tiến hành đo đại lượng cần đo nhiều lần (n lần) được các giá trị a1, a2,,an , giá trị trung bình A của các kết quả đo 1 2 1 ... 1 nn i i a a a A a n n        , (1.24) sẽ là giá trị gần đúng của A, và ta chấp nhận A A với n đủ lớn, khi đó ta xác định sai số tuyệt đối theo công thức A a A   (1.25) Như vậy với n lần đo ta sẽ có n giá trị sai số tuyệt đối tương ứng với mỗi lần đo Trang 26 1 1A a A   2 2A a A   n nA a A   Giá trị trung bình số học của các sai số tuyệt đối A được gọi là sai số tuyệt đối trung bình của đại lượng F trong các lần đo, đó cũng chính là sai số ngẫu nhiên (trung bình) của phép đo: 1 2 1 ... 1 nn i i A A A A A n n          (1.26) Khi có tính đến sai số của dụng cụ đo, thì sai số tuyệt đối của phép đo sẽ bằng tổng sai số tuyệt đối trung bình của các lần đo A và sai số của dụng cụ đo dcA dcA A A    . (1.27) Ý nghĩa của sai số tuyệt đối: là cho biết giới hạn của khoảng giá trị trong đó bao gồm giá trị chính xác A của đại lượng vật lý F cần đo A A A A A    , (1.28) do đó giá trị chính xác A phải được viết là A A A   . (1.29)  Sai số dụng cụ: Trang 27 Ta chia các dụng cụ đo làm ba loại ứng với ba cách lấy sai số khác nhau đó là: dụng cụ đo điện (ampe kế, vôn kế), dụng cụ đo hiện số và các dụng cụ đo khác tạm gọi là các dụng cụ đo thường.  Dụng cụ đo thƣờng: Sai số dụng cụ dcA được lấy bằng độ chia nhỏ nhất của thang đo trên dụng cụ đo (hoặc nửa độ chia nhỏ nhất trong trường hợp độ chia nhỏ nhất của dụng cụ đo quá lớn so với độ phân giải của mắt).  Dụng cụ đo điện (ampe kế, vonke) thì sai số dụng cụ không được lấy theo độ chia nhỏ nhất mà được tính theo công thức axdc mA A  (1.30) Trong đó Amax là giá trị cực đại trên thang đo của dụng cụ đo,  là cấp chính xác của dụng cụ đo (thường được ghi trên mặt thang đo).  Dụng cụ đo hiện số: thì sai số dụng cụ được xác định bằng công thức (%)dcA A n    (1.31) Trong đó  là cấp chính xác của dụng cụ đo, A là giá trị đo hiện trên màn hình,  là độ phân giải của thang đo, n là một số nguyên phụ thuộc vào dụng cụ đo và do nhà sản xuất qui định.  Sai số tƣơng đối: Độ chính xác của phép đo đại lượng F được đánh giá bằng bằng sai số tương đối  của đại lượng F A A    (1.32) Trang 28 Ý nghĩa của sai số tƣơng đối: Cho biết độ chính xác của phép đo, thông thường sai số tương đối được biểu diễn theo tỉ lệ phần trăm, và thường chỉ được giữ lại hai chữ số có nghĩa (giữ lại đến 2 chữ số tính từ chữ số khác không đầu tiên từ trái sang). Giá trị của sai số tương đối càng nhỏ thì phép đo càng chính xác, đối với các thí nghiệm ở phổ thông không cần quá chính xác thì sai số tương đối nhỏ hơn 10% là có thể chấp nhận được.  Sai số của phép đo các đại lƣợng gián tiếp Trong trường hợp ta không thể trực tiếp đo được đại lượng cần đo F mà chỉ có thể đo trực tiếp các đại lượng x, y, z, để có thể tính được F qua công thức liên hệ giữa F và các đại lượng x, y, z tức là F=f(x,y,z), thì ta nói phép đo F là phép đo gián tiếp. o Sai số tuyệt đối của phép đo đại lượng F trong trường hợp này được xác định theo phép tính vi phân F F F dF dx dy dz x y z          (1.33) Thay dấu vi phân “d” và “  ” thành dấu gia số “” và chú ý là 0F  nên ta có F F F F x y z x y z              (1.34) Vì không biết rõ chiều thay đổi (tăng hay giảm) của giá trị F nên ta phải chọn giá trị lớn nhất của sai số F bằng cách lấy tổng trị tuyệt đối của các vi phân riêng phần trong biểu thức trên F F F F x y z x y z              . (1.35) o Sai số tƣơng đối: có thể xác định theo phép tính vi phân như sau Trang 29 +Tính logarit nêpe : ln F=ln f(x,y,z) +Tính vi phân toàn phần của ln F : (ln ) dF d F F   +Rút gọn biểu thức vi phân vừa tìm được bằng cách gộp những vi phân riêng phần chứa cùng vi phân của biến số dx, dy hoặc dz. + Lấy tổng giá trị tuyệt đối của các vi phân riêng phần và cũng thay dấu vi phân “d”, “  ” bằng dấu gia số “” , đồng thời thay x, y, z bằng các giá trị trung bình của chúng.  Chú ý: Nếu công thức tính F là một tổng hoặc một hiệu của các đại lượng đo trực tiếp x, y thì tính giá trị trung bình F và sai số tuyệt đối trước. F x y F x y      Sau đó mới suy ra sai số tuyệt đối: F F    . Ngược lại nếu công thức tính F là một tích hoặc một thương số của các đại lượng đo trực tiếp x và y thì tính giá trị trung bình F và sai số tương đối trước. F xy hoặc x F y  F x y F x y         Sau đó mới suy ra sai số tuyệt đối: F F  Trang 30 CHƢƠNG 2. THÍ NGHIỆM ĐO CHU TRÌNH TỪ TRỄ Bộ thí nghiệm đo chu trình từ trễ do hãng Leybold sản xuất. Nguyên lí hoạt động cũng như cách sử dụng rất đơn giản. Phần đầu của chương sẽ trình bày về mục đích, cơ sở lí thuyết cũng như dụng cụ và cách bố trí các thiết bị thí nghiệm, phần kế luận văn sẽ trình bày về kết quả mà tác giả thu được trong quá trình làm thí nghiệm, cũng như cách xử lí phân tích và đánh giá kết quả đó. 2.1. Mục đích thí nghiệm Mục đích của bài thí nghiệm là ghi được đường cong từ hoá và từ trễ của vật liệu sắt từ nhờ chương trình Cassy và bộ thí nghiệm kèm theo. Từ đó xác định được các đặt trưng quan trọng của vật liệu sắt từ (cường độ trường khử từ, cảm ứng từ dư và diện tích đường cong từ trễ). 2.2. Cơ sở lí thuyết Bài thí nghiệm này sẽ xác định đường cong từ hoá và chu trình từ trễ của lõi một máy biến áp (chất sắt từ) thông qua việc thay đổi cường độ dòng điện ở cuộn sơ cấp, tức là ta thay đổi cường độ từ trường H trong lòng cuộn sơ cấp (từ trường ngoài đặt lên lỏi biến áp). Từ trường H được xác định bởi: H nI , (2.1) trong đó n là mật độ vòng dây ở cuộn sơ cấp, I là cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp. Sensor của bộ thí nghiệm sẽ ghi nhận cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp. Trang 31 Từ trường tổng hợp trong lòng lõi sắt được truyền qua cuộn thứ cấp, như vậy ta có thể tính được từ trường tổng hợp đó dựa theo biểu thức xác định thông lượng từ trường qua cuộn thức cấp 2 2 d d N S B B N S      , (2.2) trong đó N2 là số vòng dây cuộn thứ cấp, Sd là thiết diện của lõi sắt. Mà ta có suất điện động cảm ứng xuất hiện ở cuộn thứ cấp bằng tốc độ biến thiên từ thông qua các vòng dây d U E dt     , (2.3) Bằng cách sử dụng Sensor (cảm biến) của bộ thí nghiệm ta xác định được hiệu điện thế U giữa 2 đầu cuộn thứ cấp, từ đó ta xác định được thông lượng từ trường  như là tích phân của hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp Udt   . (2.4) Như vậy ta đã có đầy đủ dữ liệu để có thể vẽ được chu trình từ trễ của lõi sắt trong máy biến áp, chương trình Cassy sẽ tự động ghi nhận số liệu và vẽ chu trình trên máy tính. Trang 32 2.3. Dụng cụ, cách bố trí thí nghiệm và nguyên lí hoạt động  Thí nghiệm đƣợc bố trí nhƣ hình vẽ Hình 2.1: Sơ đồ thí nghiệm đo chu trình từ trễ Trang 33  Dụng cụ bao gồm: Hình 2.2: ộ dụng cụ th nghiệm 1. Cáp nối Sensor cassy với máy tính 2. Adapter cấp nguồn cho máy phát dao động và sensor cassy 3. Máy phát dao động 4. Sensor cassy 5. Biến áp Trang 34 6. Điện trở 7. Thanh kẹp rời của máy biến áp 8. Dây dẫn  Sensor cassy: Thiết bị cảm biến Cassy, do hãng Leybold sản xuất sử dụng nguồn điện DC 12V, dùng để ghi nhận và đưa các thông số vào máy tính. Hình 2.3: sensor cassy o Input A đo cường độ dòng và hiệu điện thế. o Input B để đo hiệu điện thế. Ngoài ra trên hai cổng vào này còn có khe liên kết với các thiết bị ngoại vi để đo các thông số khác chẳng hạn như cảm ứng từ. Cổng liên kết các thiết bị ngoại vi Công tắc 3 cực Cổng cấp nguồn và núm điều chỉnh 0~6v cho các thiết bị khác Khe cắm nguồn cho cassy Trang 35 o Cổng cấp nguồn cho cassy và có thể dùng như một biến áp cấp nguồn cho các thiết bị khác, ngoài ra cổng này còn có một khoá K 3 cực, được điều khiển tự động bằng chương trình cassy. o Cổng kết nối với máy tính. o Cổng liên kết các thiết bị khác hoặc với các sensor cassy khác.  Máy tính với hệ điều hành Windown 98/2000/XP. Chạy chương trình cassy và điều khiển hoạt động của sensor cassy.  Máy phát dao động S12 do hãng Leybold sản xuất sử dụng nguồn vào 12V DC, cho tín hiệu ra có dạng sin, tam giác hoặc vuông, tần số thay đổi từ 0.1Hz đến 20kHz, độ lớn có thể thay đổi từ 0 đến 6v.  Điện trở 1 2W có tác dụng như một điện trở shunt. Hình 2.4: Máy phát dao động(trái), điện trở 1 2W (Phải)  Một máy biến áp có lõi chữ U và kẹp rời. Trang 36 Hình 2.5: Máy biến áp- Thanh kẹp rời (hình phải) và thanh chữ U hình trái  Nguyên lí hoạt động Như đã nói ở trên, ta chỉ cần xác định được I ở cuộn sơ cấp và U cảm ứng ở cuộn thứ cấp là ta có thể tìm được H và B. Chương trình Cassy cung cấp sẵn cho ta công cụ để tính toán H và B theo I và U, nên quá trình tính toán các số liệu ghi nhận hoàn toàn tự động và quá trình vẽ đồ thị theo các đại lượng H và B cũng hoàn toàn tự động. Máy phát dao động cung cấp hiệu điện thế thay đổi cho cuộn sơ cấp của máy biến áp. Như cách mắc ở trên thì sensor cassy sẽ đo cường độ dòng trong cuộn sơ cấp qua cổng Input A và đo hiệu điện thế cảm ứng ở cuộn thứ cấp qua cổng Input B. Chú ý là bộ thí nghiệm của chúng ta được nối nguồn trước khi đo, lúc này công tắc 3 cực được mặc định nằm ở vị trí R, tức là lúc này dòng điện không đi qua cuộn sơ cấp mà đi qua R, do đó sẽ không làm lõi sắt của chúng ta bị từ hoá. Khi cho bắt đầu đo thì công tắc chuyển cực, dòng điện lúc này đi qua cuộn sơ cấp, các thông số bắt đầu được ghi nhận, chương trình sẽ tự động ghi nhận các giá trị và vẽ đồ thị trên máy tính. Trang 37 Ta điều khiển đo hoặc ngừng đo hoàn toàn bằng máy tính. Các thông số đầu vào như hiệu điện thế, dạng tín hiệu và tần số của tín hiệu sẽ không cần thay đổi qua các lần đo, vì khi ngừng đo dòng điện không qua cuộn sơ cấp nữa nên ta có thể thực hiện khử từ cho lõi sắt mà không cần phải ngắt nguồn hay giảm điện thế của máy phát dao động. 2.4. Kết quả và giải thích kết quả thí nghiệm a. Kết quả thí nghiệm Hình 2.6: Kết quả đo ở hiệu điện thế 2v tần số 0.1Hz và tín hiệu dạng tam giác Trang 38 Hình 2.7: Kết quả đo ở hiệu điện thế 2.5v tần số 0.1Hz và tín hiệu dạng tam giác Hình 2.8: Kết quả đo ở hiệu điện thế 1.5v tần số 0.1Hz và tín hiệu dạng tam giác Trang 39 Hình 2.9: Kết quả đo ở hiệu điện thế 2v tần số 0.1Hz và tín hiệu dạng vuông Hình 2.10: Kết quả đo ở hiệu điện thế 2v tần số 0.1Hz và tín hiệu dạng sin Trang 40 Hình 2.11: Kết quả đo ở hiệu điện thế 3v tần số 0.1Hz và tín hiệu dạng tam giác Hình 2.12: Kết quả đo ở hiệu điện thế 2v tần số 0.2Hz và tín hiệu dạng tam giác Trang 41 Sau khi đo xong, dùng chuột vàc các lệnh để xác định các giá trị cảm ứng từ dư, cường độ trường khử từ và diện tích đường cong. BẢNG 1: KẾT QUẢ ĐO CHU TRÌNH TỪ TRỄ (ở hiệu điện thế 2V, tần số 0.1Hz và tín hiệu vào tam giác) lần đo Diện tích đƣờng cong S (J/m^ 3) Cảm ứng từ dƣ (T) Cƣờng độ trƣờng khử từ (A/m) Cảm ứng từ dƣ trung bình Cƣờng độ trƣờng khử từ trung bình Bd1 Bd2 Hc1 Hc2 Bd Hc 1 4604 0.52 0.54 784 900 0.530 842 2 4652 0.57 0.49 915 837 0.530 876 3 4559 0.49 0.55 852 876 0.520 864 4 4680 0.54 0.54 881 900 0.540 890 5 4590 0.54 0.53 871 876 0.535 873 6 4577 0.46 0.58 755 958 0.520 856 7 4517 0.51 0.56 856 885 0.535 871 8 4559 0.52 0.53 895 856 0.525 876 9 4406 0.53 0.51 861 823 0.520 842 10 4529 0.55 0.52 837 832 0.535 835 11 4623 0.53 0.54 823 881 0.535 852 12 4552 0.55 0.53 871 837 0.540 854 13 4752 0.54 0.58 837 876 0.560 856 14 4765 0.53 0.56 847 876 0.545 861 15 4724 0.53 0.58 852 900 0.555 876 16 4706 0.53 0.56 832 837 0.545 835 17 4716 0.54 0.56 871 856 0.550 864 18 4630 0.54 0.53 871 871 0.535 871 19 4728 0.53 0.56 876 929 0.545 902 20 4634 0.52 0.55 818 881 0.535 849 Trang 42 21 4688 0.52 0.58 813 905 0.550 859 22 4716 0.54 0.58 832 852 0.560 842 23 4684 0.55 0.56 871 890 0.555 881 24 4527 0.54 0.54 861 827 0.540 844 25 4595 0.52 0.59 852 939 0.555 895 26 4735 0.56 0.57 866 895 0.565 881 27 4703 0.54 0.59 813 915 0.565 864 28 4715 0.55 0.59 823 881 0.570 852 29 4785 0.56 0.57 890 900 0.565 895 30 4761 0.55 0.56 842 915 0.555 878 31 4687 0.55 0.56 871 919 0.555 895 32 4770 0.56 0.57 876 919 0.565 898 33 4581 0.55 0.56 890 871 0.555 881 34 4565 0.55 0.57 881 876 0.560 878 35 4658 0.56 0.58 885 856 0.570 871 36 4658 0.57 0.55 905 856 0.560 881 37 4689 0.57 0.57 900 827 0.570 864 38 4780 0.57 0.59 885 890 0.580 888 39 4792 0.56 0.60 885 895 0.580 890 40 4793 0.56 0.60 885 895 0.580 890 41 4684 0.57 0.57 881 861 0.570 871 42 4673 0.56 0.56 852 861 0.560 856 43 4694 0.55 0.57 847 900 0.560 873 44 4758 0.57 0.58 847 876 0.575 861 45 4664 0.53 0.58 852 890 0.555 871 46 4673 0.57 0.54 910 876 0.555 893 47 4635 0.55 0.56 866 885 0.555 876 48 4791 0.56 0.56 885 895 0.560 890 49 4752 0.54 0.56 900 895 0.550 898 50 4704 0.55 0.56 890 900 0.555 895 51 4783 0.58 0.58 915 847 0.580 881 Trang 43 52 4621 0.57 0.55 885 813 0.560 849 53 4690 0.55 0.56 842 871 0.555 856 54 4732 0.56 0.56 871 871 0.560 871 55 4751 0.57 0.55 871 827 0.560 849 56 4717 0.58 0.58 910 910 0.580 910 57 4752 0.57 0.55 881 895 0.560 888 58 4734 0.55 0.58 842 871 0.565 856 59 4735 0.55 0.56 837 847 0.555 842 TB S  4677 Bd  0.554 Hc  870 b. Phân tích kết quả thí nghiệm Hình 2.6 là một chu trình được đo ở hiệu điện thế 2V, tần số 0.1Hz và tín hiệu vào hình tam giác, có các điểm Bd1, Bd2 và Hc1, Hc2 gần như đối xứng qua gốc tọa độ, chu trình được khép kín ở 2 đầu và có đường cong từ hóa tách biệt với các đường cong từ trễ rất rõ, đây là một chu trình phù hợp khá tốt với thực tế, là một kết quả thí nghiệm tốt. Cảm ứng từ dư và cường độ trường khử từ đều có hai giá trị là Bd1, Bd2 và Hc1, Hc2 tương ứng với hai vị trí cắt trên các trục toạ độ, theo lí thuyết thì từng cặp giá trị này phải đối xứng nhau qua gốc toạ độ O, tuy nhiên kết quả thực nghiệm trên lại không như vậy, bởi vì do lỗi khử từ, tức là chưa khử hết từ dư còn lại trong lõi sắt khi tiến hành thí nghiệm, tuy nhiên như sẽ trình bày kĩ hơn ở phần kế tiếp là “các lỗi thƣờng gặp”, thì lỗi này chỉ làm cả chu trình dịch đi một đoạn nào đó theo các trục toạ độ, do đó để xác định giá trị cảm ứng từ dư và cường độ trường khử từ trong mỗi lần đo ta lấy giá trị trung bình về độ lớn của từng cặp giá trị tương ứng: 1 2 1 2, 2 2 d d c c d B B H H B Hc     (2.5) Trang 44 Hình 2.7 cho thấy kết quả đo chu trình ở hiệu điện thế cao hơn 2V (hiệu điện thế được đề nghị bởi nhà sản xuất), theo lí thuyết khi đạt trạng thái bão hòa thì cảm ứng từ tăng tuyến tính theo cường độ từ trường ngoài và là quá trình thuận nghịch có nghĩa là khi đã đạt trạng thái bão hòa thì dù có tăng cường độ từ trường thì diện tích chu trình cũng không tăng thêm do lúc này đồ thị của chúng ta là một đường thẳng (hình 2.7). Tuy nhiên kết quả thực nghiệm cho thấy diện tích chu trình có tăng lên khi tăng thêm hiệu điện thế vượt qua hiệu điện thế được dự đoán là đã đủ để làm chất sắt từ của chúng ta bão hòa (2V). Nguyên nhân có thể do lõi sắt từ không hoàn toàn đồng chất mà có tạp chất. Ngoài ra sai số của dụng cụ hoặc tính hiệu vào không ổn định làm cho các điểm được đo ở các thời điểm khác nhau không hoàn toàn nằm trên một đường thẳng, do thực tế không thể khử từ hoàn toàn cho lõi sắt làm cho chu trình của chúng ta không hoàn toàn khép kín dẫn đến phần đồ thị lúc đã bão hòa theo lí thuyết phải là đường thẳng không có diện tích thì thực tế vẫn có. Theo đề nghị của nhà sản suất thì nên thực hiện bài thí nghiệm ở hiệu điện thế từ 1 đến 2V. Tuy nhiên như hình 2.8 chúng ta có thể thấy là ở hiệu điện thế 1,5 V thì chu trình vẫn chưa đạt đến trạng thái bão hòa, ngoài ra tác giả cũng đã thực hiện thí nghiệm ở những hiệu điện thế cao hơn 2.5V, nhưng như hình 2.11 , ta có thể thấy là ở mức điện thế quá lớn (3V) như thế thì tín hiệu không còn ổn định nữa và hai phần đầu của chu trình ta có thể thấy là chúng không còn ổn định và không còn là một đường thẳng nữa, điều này có thể là do tín hiệu vào đã vượt mức giới hạn của bộ thí nghiệm. Hình 2.9 cho thấy kết quả đo ở tín hiệu vuông (tín hiệu đầu vào có dạng sóng vuông), ta có thể thấy ở hai đầu của chu trình do điện thế được giữ ở mức cao trong thời gian khá lâu nhưng lại không ổn định nên tạo thành nhiều đường vệt ở hai đầu của chu trình. Còn phần giữa của chu trình gần như những đường thẳng. Kết quả này cũng dễ hiểu, do cường độ dòng điện vào biến thiên qua đoạn này rất nhanh (tức là cường độ từ trường H biến thiên trong đoạn này rất nhanh) các moment từ trong vật liệu chưa đủ Trang 45 thời gian để quay theo hướng của từ trường, điều này cũng gây giảm hiệu quả của quá trình khử từ dẫn đến từ dư trong vật liệu vẫn còn nhiều dù đã đi qua điểm cường độ trường khử từ, làm cho chu trình không thể khép kín. Hình 2.10 cho thấy kết quả đo ở tín hiệu hình sin, khá giống với kết quả đo được ở tín hiệu tam giác, tuy nhiên do tốc độ biến thiên của dòng điện vào (cũng chính là tốc độ biến thiên của từ trường ngoài) tăng theo dạng hình sin tức là rất nhanh khi ở gần vị trí gốc tọa độ O, nên cũng tương tự như trường hợp tín hiệu vuông, từ dư trong lõi sắt vẫn còn khá nhiều, do đó chu trình thường không được khép kín hoặc khép kín nhưng hai đầu của chu trình có kích thước khá to (không phải là một đường thẳng). Do đó để khảo sát chu trình từ trễ ta sử dụng tín hiệu vào dạng tam giác. Hình 2.12 cho ta thấy kết quả đo ở tần số 0.2Hz và tính hiệu vào dạng tam giác, do quá trình biến đổi từ tường ngoài quá nhanh nên các moment từ trong vật liệu không quay kịp dẫn đến chu trình của chúng ta chưa đạt đến giá trị bão hòa đã quay ngược trở lại. Từ những kết quả trên, tác giả nhận thấy bài thí nghiệm này nên thực hiện ở hiệu điện thế 2V, tần số 0.1Hz và tín hiệu dạng tam giác là thích hợp. c. Xử lí số liệu và nhận xét Áp dụng phương pháp tính sai số ở trên ta tính được giá trị trung bình và sai số tuyệt đối các lần đo của diện tích đường cong, cảm ứng từ dư và cường độ trường khử từ. Sai số của dụng cụ đối với cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong bài thí nghiệm này là sai số của dụng cụ đo hiện số, hai sai số này được cho bởi: Trang 46 2% 0.5% 1% 0.5% dc dc I A B U A B       (2.6) Trong đó A là giá trị cần tính sai số mà ta đo được, B là giá trị giới hạn của thang đo ta chọn. Trong bài thí nghiệm này giới hạn đo của I là 0.3A và của U là 1V. Như vậy để xác định được sai số dụng cụ trong thí nghiệm này ta cần xác định giá trị của cường độ dòng điện và hiệu điện thế tại các điểm Bd1, Bd2 và Hc1, Hc2 (xem bảng 3 phần phụ lục). Từ lí thuyết phương pháp tính sai số ta có thể tính được sai số dụng cụ gián tiếp của các đại lượng ta có thể tìm được biểu thức tính sai số của cảm ứng từ và cường độ từ trường như sau: Ta có: U t Udt U t           (2.7) Do sai số của thời gian là rất nhỏ do đó ta có thể bỏ qua sai số của thời gian vậy U U      (2.8) Như vậy ta tính được sai số của từ thông gửi qua mạch theo hiệu điện thế U và sai số thời gian t, tương tự ta tính các sai số của B và H (xem chứng minh phần phụ lục 3). 2U d B B U d          (2.9) I L H H I L          (2.10) B H S S B H          (2.11) Trang 47 Ta có chiều dài của ống dây và kích thước của lõi sắt được cho bởi: 62.06 0.05( ); 30.10 0.05( )L mm d mm    Các sai số dụng cụ tại Bd và Hc bằng trung bình của 2 sai số tương ứng tại Bd1, Bd2 và Hc1, Hc2 và được cho ở phụ lục 1 và 2. Ta có bảng giá trị trung bình và sai số của các đại lượng đo trực tiếp sau: BẢNG 2: Gía trị các đại lượng đo trực tiếp Đại lượng Giá trị trung bình Sai số (tổng sai số dụng cụ và sai số các lần đo) HcI (A) 0.0910 0.0047 UHc (V) 0.4240 0.0227 UBd (V) 0.2960 0.0160 D (m) 0.06206 0.00005 L (m) 0.03010 0.00005 Từ đó ta tính được các đại lượng đo gián tiếp như bảng sau: BẢNG 3: Gía trị các đại lượng đo gián tiếp Đại lượng Giá trị trung bình Sai số (tổng sai số dụng cụ và sai số các lần đo) Bd (T) 0.554 0.031 Hc (A/m) 870 46 S (J/m 3 ) 4677 509 Trang 48  Diện tích chu trình từ trễ: 4676.764 509 /S S S    3J m , 10.9% S S     Cảm ứng từ dƣ: 0.554 0.002d d dB B B    T , 0.056 5.6% d d B B       Cƣờng độ trƣờng khử từ: 870 48c c cH H H    Am , 0.055 5.3% c c H H      d. Các kết quả chƣa chính xác, nguyên nhân, giải thích và cách khắc phục Hình 2.13: Lỗi chƣa khép k n đƣợc chu trình Trang 49 Hình 2.14:Hình phóng to của đoạn chu trình chƣa khép kín Hình 2.15: Lỗi đƣờng cong từ hoá rất gần đƣờng cong từ trễ và các giá trị Bd1, Bd2, và Hc1, Hc2 không đối xứng qua gốc O Trang 50  Lỗi khử từ: Để tiến hành thí nghiệm và đo được đường cong từ hoá thì lõi sắt từ của chúng ta phải chưa bị từ hoá, tuy nhiên khó có thể khử từ hoàn toàn cho lõi sắt sau khi đã bị từ hoá. Khi lõi sắt vẫn còn nhiễm từ mà vẫn tiến hành thí nghiệm thì sẽ gặp các lỗi như Bd1, Bd2 và Hc1, Hc2 không đối xứng qua gốc O, hoặc lỗi đường cong từ hoá đi rất gần với đường cong từ trễ. Điều này cũng dễ hiểu vì chương trình của chúng ta khi bắt đầu đo sẽ mặc định cảm ứng từ bên trong lõi sắt là bằng 0, do đó nếu lõi sắt từ lúc chưa đo đã có một lượng từ dư là Bd* thì giá trị cảm ứng từ Bd* đó sẽ được gán bằng 0. Như vậy là toàn bộ hệ trục của chúng ta lúc này bị dịch chuyển theo trục B một đoạn bằng Bd*, do đó Bd1, Bd2 và Hc1, Hc2 không còn đối xứng qua gốc toạ độ O nữa. Mặc khác, do vẫn còn nhiễm từ nên khi từ trường ngoài tăng lên có thể là có tác dụng khử từ cho lõi sắt, do đó, lúc H=Hc* thì lõi sắt mới bị khử từ, nếu Hc* rất gần Hc thì lúc này đường cong từ hoá sẽ đi rất gần với đường cong từ trễ.  Lỗi Offset ban đầu: Lỗi này làm cho chu trình của chúng ta không khép kín như hình 2.13 và hình 2.14 có thể do từ dư trong lõi sắt không thể khử được hoàn toàn bởi các khuyết tật mạng tinh thể khiến cho khối vật liệu không thể bị khử từ hoàn toàn dù từ trường ngoài đã đạt giá trị Hc. Phần offset này được thêm vào để bù lại từ dư rất nhỏ còn lại đó.  Lỗi tăng nhiệt độ: Như đã nói ở trên nhiệt độ ảnh hưởng đến các tính chất của sắt từ, khi nhiệt độ tăng thì tính từ dư của chất sắt từ sẽ giảm, nhiệt ở đây do dòng điện chạy trong các cuộn dây sinh ra, ngoài ra nhiệt độ tăng cũng làm cho điện trở của các cuộn dây cũng như các thiết bị điện tăng ảnh hưởng tới kết quả đo. Lưu ý nhiệt độ của máy phát dao động tăng nhanh khi có dòng điện qua máy, do đó khi tiến hành thí nghiệm phải chú ý ngắt dòng điện qua máy sau vài lần đo cho máy bớt nóng hoặc tiến hành thí nghiệm trong phòng lạnh Trang 51  Cách khắc phục  Lỗi khử từ: Để khắc phục lỗi này, ta phải khử từ cho lõi sắt trước khi tiến hành thí nghiệm, tất nhiên là khó có thể khử từ hoàn toàn nhưng trong phạm vi cho phép, ta có thể kiểm tra bằng cách dùng tay nhấc thanh kẹp rời của lõi sắt, nếu không cảm thấy hoặc cảm thấy lực từ là rất nhỏ thì xem như từ dư trong lõi sắt lúc này không đáng kể và có thể tiến hành thí nghiệm. Về phương pháp để khử từ cho lõi sắt ta sử dụng trong thí nghiệm này thì có nhiều phương pháp, nhưng phần dưới chỉ trình bày hai phương pháp khử từ đơn giản nhưng hiệu quả:  Cách 1: Dùng tay nhấc thanh kẹp rời của lõi sắt (hơi khó vì lúc mới tiến hành thí nghiệm xong, lõi sắt lúc này là một nam châm và có lực hút khá lớn), trở ngược đầu của thanh kẹp rời rồi gõ nhẹ nhiều lần vào 2 đầu thanh lõi hình chữ U (cực từ ngược nhau của thanh kẹp và thanh chữ U cùng với va chạm sẽ làm từ dư trong lõi sắt giảm xuống). Cách làm này thủ công dễ làm tuy nhiên hiệu quả không cao, mất nhiều thời gian.  Cách 2: Sau khi lưu kết quả thí nghiệm của lần đo trước, để tiến hành khử từ ta có thể cho tiếp tục đo lần nữa, tất nhiên lần này do từ dư còn nhiều nên cả chu trình sẽ bị dịch xuống một đoạn khá nhiều gần bằng Bd, để chương trình vẽ hoàn tất một chu trình sau đó tìm trung điểm Bd của đoạn Bd1 và Bd2 tức là điểm mà cảm ứng từ trong lõi sắt bằng không, ngưng quá trình đo ngay khi chu trình của chúng ta đi qua điểm có tung độ bằng Bd vừa tìm (hoặc tốt nhất là qua hơn điểm Bd một chút). Cách làm này cho hiệu quả khá tốt và có thể làm lại vài lần nếu như thấy vẫn còn từ dư do ngưng quá trình đo chưa đúng lúc, có thể kết hợp khử từ với cách 1 ở trên để cho hiệu quả tốt nhất. Trang 52  Lỗi tăng nhiệt độ: Lỗi này không ảnh hưởng nhiều đến kết quả thí nghiệm, tuy nhiên tăng nhiệt độ dễ làm các thiết bị thí nghiệm bị hư hại, nhất là máy phát dao động, do đó nên tiến hành thí nghiệm trong phòng lạnh có quạt tảng nhiệt, và không nên làm thí nghiệm liên tục quá lâu.  Lỗi Offset ban đầu: Ta có thể đặt offset ban đầu bằng cách mở hộp thoại setting  General  Input B  Offset UB. Chú ý là bình thường thì chương trình đã tự đặt offset sẵn, nên khi nào thấy có lỗi ta mới cần cài đặt lại, tuỳ theo mức độ hở nhiều hay ít mà đặt Offset cho phù hợp thông thường có giá trị trong khoảng từ -0.002 đên 0.002. CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ BÀI THÍ NGHIỆM “ĐO CHU TRÌNH TỪ TRỄ” Như đã trình bày về mục đích chính của luận văn, chương này sẽ tổng hợp lại các kiến thức, các tài liệu và kinh nghiệm mà tác giả thu thập, học hỏi cũng như nghiên cứu được, để hoàn thành một bài hướng dẫn thí nghiệm hoàn chỉnh cho học sinh sinh viên. 3.1. Mục đích bài thí nghiệm Biết được nguồn gốc từ của vật liệu, nguyên nhân gây ra hiện tượng từ trễ. Ghi được đường cong từ hoá và từ trễ của vật liệu sắt từ nhờ chương trình Cassy và bộ thí nghiệm kèm theo. Từ đó xác định được các đặt trưng quan trọng của vật liệu sắt từ (cường độ trường khử từ, cảm ứng từ dư và diện tích đường cong từ trễ). Trang 53 3.2. Cơ sở lí thuyết Khi từ hoá vật liệu sắt từ người ta thấy rằng quá trình này không thuận nghịch do tính từ dư. Bằng cách thay đổi từ trường đặt vào vật liệu sắt từ rồi khảo sát từ trường của vật liệu đó ta vẽ được chu trình có dạng: Hình 3.1: chu trình từ trễ OA được gọi là đường cong từ hoá ứng với lần từ hoá đầu tiên của vật liệu sắt từ, ACA’C’A là đường cong từ trễ. Bd, Hc là cảm ứng từ dư và cường độ trường khử từ, 2 đặc trưng cơ bản của vật liệu sắt từ. Diện tích của đường cong từ trễ chính là năng lượng hao tổn trên một đơn vị thể tích, cần thiết để thực hiện một chu trình. Bài thí nghiệm này sẽ xác định đường cong từ hoá và chu trình từ trễ của lõi một máy biến áp (chất sắt từ) thông qua việc thay đổi cường độ dòng điện ở cuộn sơ cấp, tức là ta thay đổi cường độ từ trường H trong lòng cuộn sơ cấp (từ trường ngoài đặt lên lỏi biến áp). Từ trường H được xác định bởi: Trang 54 H nI , (3.1) trong đó n là mật độ vòng dây ở cuộn sơ cấp, I là cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp. Sensor của bộ thí nghiệm sẽ ghi nhận cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp. Từ trường tổng hợp trong lòng lõi sắt được truyền qua cuộn thứ cấp, như vậy ta có thể tính được từ trường tổng hợp đó dựa theo biểu thức xác định thông lượng từ trường qua cuộn thức cấp: 2 2 N SB B N S      , (3.2) trong đó N2 là số vòng dây cuộn thứ cấp, S là thiết diện của lõi sắt. Mà ta có suất điện động cảm ứng xuất hiện ở cuộn thứ cấp bằng tốc độ biến thiên từ thông qua các vòng dây d U E dt     , (3.3) Bằng cách sử dụng Sensor của bộ thí nghiệm ta xác định được hiện điện thế U giữa 2 đầu cuộn thứ cấp, từ đó ta xác định được thông lượng từ trường  như là tích phân của hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp. Như vậy ta đã có đầy đủ dữ liệu để có thể vẽ được chu trình từ trễ của lõi sắt trong máy biến áp, chương trình Cassy sẽ tự động vẽ chu trình trên máy tính. 3.3. Dụng cụ thí nghiệm  Dụng cụ bao gồm:  Sensor cassy: thiết bị cảm biến cassy sử dụng hiệu điện thế 12V DC. Trang 55 Hình 3.2: sensor cassy o Input A đo cường độ dòng và hiệu điện thế. o Input B để đo hiệu điện thế. Ngoài ra trên hai cổng vào này còn có khe liên kết với các thiết bị ngoại vi để đo các thông số khác chẳng hạn như cảm ứng từ. o Cổng cấp nguồn cho cassy và có thể dùng như một biến áp cấp nguồn cho các thiết bị khác, ngoài ra cổng này còn có một khoá K 3 cực, được điều khiển tự động bằng chương trình cassy. o cổng kết nối với máy tính. o cổng liên kết các thiết bị khác hoặc với các sensor cassy khác.  Máy tính với hệ điều hành Windown 98/2000/XP. Cổng liên kết các thiết bị ngoại vi Công tắc 3 cực Cổng cấp nguồn và núm điều chỉnh 0~6v cho các thiết bị khác Khe cắm nguồn cho cassy Trang 56 Chạy chương trình cassy và điều khiển hoạt động của sensor cassy.  Máy phát dao động: sử dụng nguồn vào 12V DC, cho tín hiệu ra có dạng sin, tam giác hoặc vuông, tần số thay đổi từ 0.1Hz đến 20kHz, độ lớn có thể thay đổi từ 0 đến 6v.  Một điện trở 1 2W  Một máy biến áp có lõi chữ U và kẹp rời. Hình 3.3: Máy phát dao động(trái), điện trở 1 2W (Phải) Hình 3.4: Máy biến áp- Thanh kẹp rời và thanh chữ U hình trái Trang 57 3.4. Tiến hành thí nghiệm Bƣớc 1: Lắp đặt thí nghiệm Thí nghiệm được bố trí như sơ đồ: Hình 3.5: Sơ đồ thí nghiệm đo chu trình từ trễ Bƣớc 2: Thiết lập ban đầu  Điều chỉnh máy phát dao động ở tần số 0,1Hz, tín hiệu răng cưa và hiệu điện thế 0 V, nối nguồn cho máy phát dao động.  Mở chương trình Cassy trên máy tính ta thấy hộp thoại Trang 58 Hình 3.6: Hộp thoại setting Chọn thẻ Load Example  Physic  P7.4.2.1 Hysteresis of transformer cord  Load setting Without Power Cassy. Ta sẽ quay lại hộp thoại setting với các cài đặt sẵn cho bài thí nghiệm này, ta chỉ cần cài đặt lại vài thông số nếu thấy cần thiết. Lúc này, nối nguồn cho Sensor cassy và cắm cáp liên kết Sensor cassy với máy tính. Trong hộp thoại Setting chọn thẻ General, nếu liên kết thành công ta sẽ có hình 3.7. Nhấp chuột vào hộp cassy để điều chỉnh thiết bị đo như thang đo, offset ở bài này chọn thang đo của cường độ dòng điện là 0.1A của hiệu điện thế là 1V. Chọn thẻ Parameter/Formula/FFT. Đây là phần cài đặt cho các đại lượng mới thông qua 2 thông số là U và I. Trong ô Select Quantity, ta thấy đại lượng Magnetic Flux đã được nhà sản xuất cài đặt sẳn, để vẽ chu trình theo H và B ta cần cài đặt thêm 2 đại lượng này vào. Trang 59 Hình 3.7: Hình thiết bị cassy đã đƣợc kết nối với máy tính  Cài đặt đại lƣợng cƣờng độ từ trƣờng H B1: Chọn New Quantity B2: Điền tên của đại lượng là “Cuong do tu truong” vào ô Select Quantity B3: Trong ô Formula điền biểu thức tính H: I_A1*600/(L*10^-2) B4: Trong các ô Symbol, Unit, From to, Decimal Place ta điền kí hiệu đại lượng, đơn vị, khoảng giá trị thang đo, số chữ số thập phân trong kết quả đo lần lượt là: B, T, -2, 2, 2.  Cài đặt đại lƣợng cảm ứng từ B B1: Chọn New Quantity Trang 60 B2: Điền tên của đại lượng là “Cam ung tu” vào ô Select Quantity B3: Trong ô Formula điền biểu thức tính B: &F/(600*d^2*10^-4) B4: Trong các ô Symbol, Unit, From to, Decimal Place ta điền kí hiệu đại lượng, đơn vị, khoảng giá trị thang đo, số chữ số thập phân trong kết quả đo lần lượt là: H, Am, -7000, 7000, 2. Hình 3.8: Thẻ cài đặt các đại lƣợng của hộp thoại setting Với L và d là chiều dài của cuộn dây và kích thước tiết diện của lõi sắt đơn vị cm. Dùng thước kẹp đo L và d rồi điền vào bảng 6. Lấy các giá trị trung bình đo được điền vào các công thức trên. Chọn thẻ Display, đây là phần chọn hiển thị các đại lượng trên đồ thị. Chọn hiển thị H trên trục X, B trên trục Y. Trang 61 Hình 3.9: thẻ cài đặt các đại lƣợng đƣợc hiển thị Bƣớc 3: Tiến hành thí nghiệm Điều chỉnh hiệu điện thế của máy phát dao động ở hiệu điện thế 2V.  Khử từ lõi sắt Dùng tay nhấc thanh kẹp rời của lõi sắt để kiểm tra xem có còn từ tính trong lõi sắt không, nếu còn tiến hành khử từ theo hai cách sau:  Cách 1: Dùng tay nhấc thanh kẹp rời của lõi sắt (hơi khó vì lúc mới tiến hành thí nghiệm xong, lõi sắt lúc này là một nam châm và có lực hút khá lớn), trở ngược đầu của thanh kẹp rời rồi gõ nhẹ nhiều lần vào 2 đầu thanh lõi hình chữ U (cực từ ngược nhau của thanh kẹp và thanh Trang 62 chữ U cùng với va chạm sẽ làm từ dư trong lõi sắt giảm xuống). Cách làm này thủ công dễ làm tuy nhiên hiệu quả không cao, mất nhiều thời gian.  Cách 2: Sau khi lưu kết quả thí nghiệm của lần đo trước, để tiến hành khử từ ta có thể cho tiếp lần nữa, tất nhiên lần này do từ dư còn nhiều nên cả chu trình sẽ bị dịch xuống một đoạn khá nhiều gần bằng Bd, để chương trình vẽ hoàn tất một chu trình sau đó tìm trung điểm Bd của đoạn Bd1 và Bd2 tức là điểm mà cảm ứng từ trong lõi sắt bằng không, ngưng quá trình đo ngay khi chu trình của chúng ta đi qua điểm có tung độ bằng Bd vừa tìm ( hoặc tốt nhất là qua hơn điểm Bd một chút). Cách làm này cho hiệu quả khá tốt và có thể làm lại vài lần nếu như thấy vẫn còn từ dư do ngưng quá trình đo chưa đúng lúc, có thể kết hợp khử từ với cách 1 ở trên để cho hiệu quả tốt nhất.  Tiến hành đo Nhấn phím F9 để bắt đầu đo và chú ý khi vừa kết thúc một chu trinh hoàn chỉnh thì nhấn F9 một lần nữa để dừng quá trình đo. Nhấn phím F2 để lưu kết quả và tiến hành các lần đo khác (đo đến khi nhận được khoảng 10 kết quả tốt).  CHÚ Ý: Khi đo nếu thấy chu trình không khép kín, hoặc bị chồng chéo ở đoạn cuối của chu trình – lỗi offset ban đầu, ta cần điều chỉnh lại offset cho phù hợp. Ta có thể đặt offset ban đầu bằng cách mở hộp thoại setting (Nhấn F5)  General  Input B  Offset UB, tuỳ theo mức độ hở nhiều hay ít mà đặt Offset cho phù hợp thông thường có giá trị trong khoảng từ -0.002 đên 0.002. Trang 63 Hình 3.10: Hộp thoại điều chỉnh Offset  Đọc và ghi nhận kết quả thí nghiệm Sau khi hoàn thành quá trình đo đạt, điều chỉnh hiệu điện thế của máy phát dao động trở về 0. Nhấn phím F3 để mở lại các kết quả đo đã lưu, nhấn phím F5 chọn thẻ Display Cho hiển thị các đại lượng cần lấy số liệu  dùng chuột nhấp vào các vị trí trên đồ thị để xác định giá trị của các điểm đặc biệt trên đồ thị  điền vào bảng giá trị. Để xác định diện tích của đường cong, nhấp chuột phải chọn Calculate Intergral  Peak Area sau đó di chuyển chuột từ điểm đầu cho đến điểm cuối của đường cong từ trễ. (Khi hoàn tất thao tác này, phần chu trình được tính diện tích sẽ được bôi đen). Nhấn F6 để hiện thị kết quả hoặc nhấn chuột phải chọn Set Marker  Text. Trang 64 Hoàn toàn tương tự để xác định các giá trị trên đồ thị và đưa kết quả ra màn hình ta cũng có thể nhấp phải chuột chọn Set Marker  Vertical Line (xác định hoành độ) hoặn chọn Horizontal Line (xác định tung độ) rồi đặt đường thẳng tại vị trí cần xác định giá trị trên đồ  chọn Set Marker  Text để đưa kết quả ra màn hình. Để xóa các thao tác đã thực hiện, nhấp chuột phải chọn Delete Last Evaluation để xóa thao tác cuối hoặc Delete All Evaluation để xóa tất cả các thao tác. 3.5. Trình bày kết quả đo  Trình bày kết quả đo: In và dán hình CHU TRÌNH TỪ TRỄ B(H) Trang 65 BẢNG 4: KẾT QUẢ ĐO CHU TRÌNH TỪ TRỄ lần đo Diện tích đường cong S (J/m 3 ) Cảm ứng từ dư (T) Cường độ trường khử từ (A/m) Cảm ứng từ dư trung bình Cường độ trường khử từ trung bình sai số tuyệt đối mỗi lần đo Bd1 Bd2 Hc1 Hc2 Bd Hc ∆ Bd ∆ Hc ∆ S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TB S  Bd  Hc  Bd  Hc  S  Với 1 2 1 2 2 2 d d d c c B B B H H Hc     Trong đó A là giá trị cần tính sai số mà ta đo được, B là giá trị giới hạn của thang đo ta chọn. Trang 66 BẢNG 5: KẾT QUẢ ĐO CƢỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ TƢƠNG ỨNG VỚI CÁC ĐIỂM Bd1 Bd2 Hc1 Hc2 Giá trị đo đƣợc của cƣờng độ dòng điện (x10-3 A) và hiệu điện thế (x10-3 V) Sai số dụng cụ tƣơng ứng ∆I(x10-3A), ∆U(x10-3V) lần đo IHc1 UHc1 IHc2 UHc2 UBd1 UBd2 ∆ Ihc1 ∆ Ihc2 ∆ UHc1 ∆ UHc2 ∆ UBd1 ∆ UBd2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Trung bình ∆ IHcdc ∆ IBddc ∆ UHcdc ∆ UBddc Với 2% 0.5% 1% 0.5% dc dc I A B U A B       Trang 67 BẢNG 6: ĐO CHIỀU DÀI CUỘN DÂY VÀ KÍCH THƢỚC LÕI SĂT Lần đo Chiều dài ống dây L (cm) Kích thước lõi sắt d (cm) Sai số L Sai số d 1 2 3 4 5 TB L  d  L  d  Sai số L  d   Sai số của diện tích đường cong B H S S B H            Sai số của cường độ trường khử từ I L H H I L            Sai số của cảm ứng từ dư 2U d B B U d            Diện tích chu trình từ trễ: S S S   J/m 3 , S S     Trang 68  Cảm ứng từ dư: d d dB B B   T , d d B B      Cường độ trường khử từ: c c cH H H   Am, c c H H     3.6. Câu hỏi 1. Hãy cho biết nguồn gốc từ của vật liệu (không chứng minh) ? 2. Tại sao từ tính của chất sắt từ lại mạnh hơn nhiều so với các vật liệu từ khác như thuận từ và nghịch từ? 3. Nguyên nhân của hiện tượng từ trễ là do đâu? 4. Tại sao nói, diện tích chu trình từ trễ là năng lượng hao tổn trên một đơn vị thể tích, cần thiết để thực hiện một chu trình? Trang 69 Kết luận Bài luận văn đã hoàn thành cơ bản các mục tiêu ban đầu đề ra, cụ thể:  Tìm hiểu được cơ sở lý thuyết nền tảng của bài thí ngiệm bao gồm: lý thuyết về chất sắt từ, giải thích các tính chất của sắt từ, lý thuyết về phương pháp được sử dụng để khảo sát các tính chất của chất sắt từ được sử dụng trong bài thí nghiệm này, lý thuyết về sai số của thí nghiệm.  Tìm hiểu được nguyên lí hoạt động cũng như cách sử dụng bộ thí nghiệm, ghi nhận số liệu, cách khử từ và tránh các sai sót khi làm thí nghiệm.  Tìm hiểu được cách xử lí số liệu và tính sai số cho bài thí nghiệm.  Thiết lập lại được một bài thí nghiệm “Đo chu trình từ trễ” hoàn chỉnh. Tuy nhiên do thời gian còn hạn chế, vẫn còn nhiều vấn đề chưa làm được, hướng phát triển tiếp theo của đề tài là: Tìm hiểu sâu và chi tiết hơn về chương trình Cassy cùng các cảm biến Cassy, cách thiết lập thời gian đo đạt và cách sử dụng bộ dụng cụ Cassy vào một thí nghiệm khác. Trang 70 Tài liệu tham khảo TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Hữu Mình, “Vật l đại cƣơng-tập 2”, NXB Giáo dục. [2] Đỗ Trần Cát, Đặng Quang Khang, Nguyễn Văn Trị, Phùng Văn Trình, Nguyễn Công Vân (1999), “Vật l đại cƣơng- tập ba phần 2”, NXB Giáo dục. [3] Nguyễn Phú Thuỳ (2004), “Vật lí các hiện tƣợng từ”, NXB đại học quốc gia Hà Nội. [4] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker (2009), “CƠ SỞ VẬT LÍ-tập năm : Điện Học II", NXB Giáo Dục. [5] “Thực Hành VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG CƠ NHIỆT”, Tài liệu lưu hành nội bộ Trường Đại Học Sư Phạm Tp Hồ Chí Minh. [6] PGS. TS. Vũ Ngọc Ban (2007) , “Giáo trình thực tập hóa lý- phụ lục sai số của phép đo, phƣơng pháp lập bảng và dựng đồ thị trong thực tập hóa lý”, NXB đại học quốc gia Hà Nội. TIẾNG ANH [7] Raluca Morjan, Sergey Prasalovich (7/4/2003), “EM4: Magnetic Hysteresis{ Lab manual {(version 1.001a)” ,CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY GÄ OTEBORG UNIVERSITY. [8] Dr. Michael Hund et al (21/09/2007), “CASSY® Lab Manual (524 202)”, LD Didactic GmbH. Trang 71 [9] A. Hubert and R. Schäfer (1998), “Magnetic Domains - The Analysis of Magnetic Microstructure”. [10] Chris Payette, Neil Edelman, Margaux Brisco and Emily Hache (3/3/2003), “Hysteresis”. Trang 72 PHỤ LỤC  Phụ lục 1: Bảng kết quả đo cƣờng độ dòng điện và hiệu điện thế BẢNG: KẾT QUẢ ĐO CƢỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ Giá trị đo đƣợc của cƣờng độ dòng điện I (A) và hiệu điện thế U (V) tƣơng ứng với các điểm Bd1 Bd2 Hc1 Hc2 lần đo IHc1 UHc1 IHc2 UHc2 UBd1 UBd2 1 0.087 0.398 0.093 0.425 0.307 0.316 2 0.095 0.405 0.086 0.413 0.293 0.307 3 0.088 0.388 0.090 0.381 0.286 0.279 4 0.091 0.423 0.086 0.439 0.279 0.317 5 0.090 0.396 0.090 0.392 0.280 0.275 6 0.078 0.372 0.099 0.408 0.279 0.291 7 0.088 0.408 0.091 0.409 0.294 0.299 8 0.092 0.413 0.088 0.412 0.299 0.289 9 0.089 0.407 0.085 0.411 0.300 0.299 10 0.093 0.413 0.086 0.414 0.287 0.301 11 0.092 0.421 0.091 0.441 0.310 0.313 12 0.090 0.398 0.086 0.403 0.287 0.290 13 0.086 0.411 0.090 0.420 0.300 0.291 14 0.088 0.407 0.093 0.429 0.290 0.292 15 0.087 0.405 0.090 0.407 0.292 0.290 16 0.093 0.417 0.093 0.420 0.296 0.292 17 0.090 0.415 0.088 0.430 0.294 0.296 18 0.090 0.408 0.090 0.429 0.296 0.297 19 0.090 0.416 0.090 0.422 0.300 0.289 Trang 73 20 0.090 0.417 0.091 0.420 0.292 0.291 21 0.084 0.408 0.093 0.430 0.301 0.301 22 0.086 0.435 0.095 0.451 0.302 0.301 23 0.090 0.434 0.092 0.443 0.303 0.303 24 0.089 0.413 0.086 0.415 0.280 0.283 25 0.088 0.405 0.097 0.423 0.282 0.281 26 0.089 0.414 0.092 0.411 0.298 0.292 27 0.084 0.408 0.095 0.428 0.299 0.297 28 0.085 0.412 0.091 0.437 0.283 0.288 29 0.092 0.415 0.093 0.421 0.296 0.302 30 0.087 0.408 0.095 0.429 0.302 0.294 31 0.090 0.415 0.095 0.433 0.306 0.298 32 0.090 0.417 0.095 0.424 0.301 0.297 33 0.092 0.412 0.090 0.431 0.300 0.297 34 0.091 0.410 0.090 0.419 0.279 0.288 35 0.091 0.412 0.088 0.417 0.289 0.294 36 0.093 0.439 0.088 0.419 0.287 0.312 37 0.093 0.440 0.086 0.432 0.288 0.302 38 0.096 0.422 0.085 0.442 0.299 0.292 39 0.091 0.431 0.092 0.442 0.295 0.292 40 0.091 0.421 0.092 0.424 0.278 0.292 41 0.091 0.426 0.089 0.445 0.290 0.302 42 0.088 0.403 0.089 0.408 0.283 0.289 43 0.087 0.406 0.093 0.425 0.274 0.279 44 0.093 0.411 0.090 0.426 0.284 0.285 45 0.088 0.423 0.092 0.433 0.295 0.300 46 0.088 0.422 0.093 0.429 0.289 0.294 47 0.089 0.436 0.091 0.447 0.306 0.315 48 0.091 0.436 0.092 0.433 0.305 0.304 49 0.093 0.444 0.092 0.447 0.310 0.317 Trang 74 50 0.092 0.434 0.093 0.445 0.304 0.306 51 0.095 0.451 0.095 0.454 0.292 0.300 52 0.091 0.443 0.090 0.454 0.305 0.309 53 0.087 0.412 0.090 0.432 0.297 0.301 54 0.090 0.447 0.090 0.448 0.288 0.313 55 0.090 0.435 0.092 0.438 0.297 0.308 56 0.094 0.449 0.094 0.443 0.299 0.307 57 0.091 0.449 0.092 0.485 0.299 0.315 58 0.094 0.453 0.090 0.459 0.300 0.313 59 0.093 0.450 0.095 0.461 0.305 0.317 TB 0.0900 0.4190 0.0910 0.4290 0.2940 0.2980 HcI  0.0910 HcU 0.4240 BdU  0.2960  Phụ lục 2: Bảng sai số của U và I Bảng: Sai số của U và I tại các điểm Bd1 Bd2 Hc1 Hc2 ∆I (x10 -3 A), ∆U (x10 -3 V) Lần đo ∆Ihc1 ∆Ihc2 ∆UBd2 ∆UBd1 DC DC DC DC 1 3 2.2 2 2.4 13 8.1 18 8.2 2 5 2.4 5 2.2 1 7.9 9 8.1 3 2 2.3 1 2.3 8 7.9 19 7.8 4 1 2.3 5 2.2 15 7.3 19 8.2 5 0 2.3 1 2.3 14 7.8 23 7.8 6 2 2.1 8 2.5 15 7.8 7 7.9 7 2 2.3 0 2.3 0 7.9 1 8.0 8 2 2.3 3 2.3 5 8.0 9 7.9 Trang 75 9 1 2.3 6 2.2 6 8.0 1 8.0 10 3 2.4 5 2.2 7 7.9 3 8.0 11 2 2.3 0 2.3 16 8.1 15 8.1 12 0 2.3 5 2.2 7 7.9 8 7.9 13 4 2.2 1 2.3 6 8.0 7 7.9 14 2 2.3 2 2.4 4 7.9 6 7.9 15 3 2.2 1 2.3 2 7.9 8 14.2 16 3 2.4 2 2.4 2 8.0 6 7.9 17 0 2.3 3 2.3 0 7.9 2 8.0 18 0 2.3 1 2.3 2 8.0 1 8.0 19 0 2.3 1 2.3 6 8.0 9 7.9 20 0 2.3 0 2.3 2 7.9 7 7.9 21 6 2.2 2 2.4 7 8.0 3 8.0 22 4 2.2 4 2.4 8 8.0 3 8.0 23 0 2.3 1 2.3 9 8.0 5 8.0 24 1 2.3 5 2.2 14 7.8 15 7.8 25 2 2.3 6 2.4 12 7.8 17 7.8 26 1 2.3 1 2.3 4 8.0 6 7.9 27 6 2.2 4 2.4 5 8.0 1 8.0 28 5 2.2 0 2.3 11 7.8 10 7.9 29 2 2.3 2 2.4 2 8.0 4 8.0 30 3 2.2 4 2.4 8 8.0 4 7.9 31 0 2.3 4 2.4 12 8.1 0 8.0 32 0 2.3 4 2.4 7 8.0 1 8.0 33 2 2.3 1 2.3 6 8.0 1 8.0 34 1 2.3 1 2.3 15 7.8 10 7.9 35 1 2.3 3 2.3 5 7.9 4 7.9 36 3 2.4 3 2.3 7 7.9 14 8.1 37 3 2.4 5 2.2 6 7.9 4 8.0 38 6 2.4 6 2.2 5 8.0 6 7.9 39 1 2.3 1 2.3 1 8.0 6 7.9 Trang 76 40 1 2.3 1 2.3 16 7.8 6 7.9 41 1 2.3 2 2.3 4 7.9 4 8.0 42 2 2.3 2 2.3 11 7.8 9 7.9 43 3 2.2 2 2.4 20 7.7 19 7.8 44 3 2.4 1 2.3 10 7.8 13 7.9 45 2 2.3 1 2.3 1 8.0 2 8.0 46 2 2.3 2 2.4 5 7.9 4 7.9 47 1 2.3 0 2.3 12 8.1 17 8.2 48 1 2.3 1 2.3 11 8.1 6 8.0 49 3 2.4 1 2.3 16 8.1 19 8.2 50 2 2.3 2 2.4 10 8.0 8 8.1 51 5 2.4 4 2.4 2 7.9 2 8.0 52 1 2.3 1 2.3 11 8.1 11 8.1 53 3 2.2 1 2.3 3 8.0 3 8.0 54 0 2.3 1 2.3 6 7.9 15 8.1 55 0 2.3 1 2.3 3 8.0 10 8.1 56 4 2.4 3 2.4 5 8.0 9 8.1 57 1 2.3 1 2.3 5 8.0 17 8.2 58 4 2.4 1 2.3 6 8.0 15 8.1 59 3 2.4 4 2.4 11 8.1 19 8.2 TB 2.3 2.3 2.4 2.3 7.5 7.9 8.5 8.1 Chú ý: DC sai số dụng cụ, còn lại là sai số các lần đo SAI SỐ 1HcI  4.6 2HcI  4.7 1BdU  15.4 2Bd U  16.6 HcI  4.7 BdU  16 Trang 77  Phụ lục 3:Sai số của các đại lƣợng gián tiếp B, H và diện tích đƣờng cong.S, 2 2 ln ln ln d d d d d d d d d d B B N S N S dSdB d B S dSd dB B S S SU U B B B U S U S                                        Mà 2 2d dS d S d d    2U d B B U d          1 1ln ln ln N I H H N I L L dH dI dL H I L        I L H H I L           Ta có: S BdH   B H S S B H         

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftvefile_2013_09_16_1348437026_1921.pdf
Luận văn liên quan