鐵磁材料的滯回線(xiàn)和基本磁化曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)：普通物理實(shí)驗(yàn)（2）實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：鐵磁材料的磁滯回線(xiàn)和基本磁化曲線(xiàn)學(xué)院：專(zhuān)業(yè)班級(jí):學(xué)生姓名：學(xué)號(hào):實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：座位號(hào)：_實(shí)驗(yàn)時(shí)間:實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握用磁滯回線(xiàn)測(cè)試儀測(cè)繪磁滯回線(xiàn)的方法。2、了解鐵磁材料的磁化規(guī)律，用示波器法觀察磁滯回線(xiàn)比較兩種典型鐵磁 物質(zhì)的動(dòng)態(tài)磁化特性。3、測(cè)定樣品的磁化特性曲線(xiàn)（B-H曲線(xiàn)），并作卩-H曲線(xiàn)。4、測(cè)繪樣品在給定條件下的磁滯回線(xiàn)，估算其磁滯損耗以及相關(guān).：冷、.、二、實(shí)驗(yàn)儀器：TH- MHC型智能磁滯回線(xiàn)測(cè)試儀、示波器。三、實(shí)驗(yàn)原理：1 鐵磁材料的磁滯特性鐵磁物質(zhì)是一種性能特異，用途廣泛的材料。鐵、鉆、鎳及其眾多合金以及 含鐵的氧化物（鐵

2、氧體）均屬鐵磁物質(zhì)。其特性是在外磁場(chǎng)作用下能被強(qiáng)烈磁化， 即磁導(dǎo)率卩很高。另一特征是磁滯，鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象是反復(fù)磁化過(guò)程中磁場(chǎng) 強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間關(guān)系的特性。即磁場(chǎng)作用停止后，鐵磁物質(zhì)仍保留 磁化狀態(tài)，圖1為鐵磁物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系曲線(xiàn)。圖中的原點(diǎn)0表示磁化之前鐵磁物質(zhì)處于磁中性狀態(tài)，即 B= H= 0，當(dāng)磁 場(chǎng)強(qiáng)度H從零開(kāi)始增加時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B隨之從零緩慢上升，如曲線(xiàn) 0a,繼之 B隨H迅速增長(zhǎng)，如曲線(xiàn)ab所示，其后B的增長(zhǎng)又趨緩慢，并當(dāng)H增至Hs時(shí)， B達(dá)到飽和值Bs這個(gè)過(guò)程的OabS曲線(xiàn)稱(chēng)為起始磁化曲線(xiàn)。如果在達(dá)到飽和狀態(tài) 之后使磁場(chǎng)強(qiáng)度H減小，這時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)

3、度 B的值也要減小。圖1表明，當(dāng)磁場(chǎng) 從Hs逐漸減小至零，磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不沿起始磁化曲線(xiàn)恢復(fù)到 “ 0點(diǎn)，而是沿另 一條新的曲線(xiàn)SR下降，對(duì)應(yīng)的B值比原先的值大，說(shuō)明鐵磁材料的磁化過(guò)程是 不可逆的過(guò)程。比較線(xiàn)段0S和SR可知，H減小B相應(yīng)也減小，但B的變化滯后 于H的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁滯。磁滯的明顯特征是當(dāng) H = 0時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B 值并不等于0,而是保留一定大小的剩磁 Br。當(dāng)磁場(chǎng)反向從0逐漸變至-Hd，磁感應(yīng)強(qiáng)度B消失，說(shuō)明要消除剩磁，可以 施加反向磁場(chǎng)。Hd稱(chēng)為矯頑力，它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀態(tài)的能力， 曲線(xiàn)RD稱(chēng)為退磁曲線(xiàn)。圖1還表明，當(dāng)磁場(chǎng)按.j丨丨丨 I I次序變化，相應(yīng)

4、的磁感應(yīng)強(qiáng)度B則沿閉合曲線(xiàn)SRDSRDS變化，可以看出磁感應(yīng)強(qiáng)度B值的變化總 是滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化，這條閉合曲線(xiàn)稱(chēng)為磁滯回線(xiàn)。當(dāng)鐵磁材料處于交 變磁場(chǎng)中時(shí)（如變壓器中的鐵心），將沿磁滯回線(xiàn)反復(fù)被磁化 去磁反向磁化 一反向去磁。磁滯是鐵磁材料的重要特性之一， 研究鐵磁材料的磁性就必須知道 它的磁滯回線(xiàn)。各種不同鐵磁材料有不同的磁滯回線(xiàn)， 主要是磁滯回線(xiàn)的寬、窄 不同和矯頑力大小不同。當(dāng)鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)磁化時(shí)將會(huì)發(fā)熱， 要消耗額外的能量，因 為反復(fù)磁化時(shí)磁體內(nèi)分子的狀態(tài)不斷改變， 所以分子振動(dòng)加劇，溫度升高。使分 子振動(dòng)加劇的能量是產(chǎn)生磁場(chǎng)的交流電源供給的，并以熱的形式從鐵磁材料中

5、釋 放，這種在反復(fù)磁化過(guò)程中能量的損耗稱(chēng)為磁滯損耗， 理論和實(shí)踐證明，磁滯損 耗與磁滯回線(xiàn)所圍面積成正比。當(dāng)初始狀態(tài)為H = B=O的鐵磁材料，在交變磁場(chǎng)強(qiáng)度由弱到強(qiáng)依次進(jìn)行磁 化，可以得到面積由小到大向外擴(kuò)張的一簇磁滯回線(xiàn)， 如圖2所示，這些磁滯回 線(xiàn)頂點(diǎn)的連線(xiàn)稱(chēng)為鐵磁材料的基本磁化曲線(xiàn)。BBs護(hù)-Hsnl1 11 b1 .hJ <j 丨）yR圖1鐵磁質(zhì)起始磁化曲線(xiàn)和磁滯回線(xiàn)圖2同一鐵磁材料的一簇磁滯回線(xiàn)圖3不同鐵磁材料的磁滯回線(xiàn)可以說(shuō)磁化曲線(xiàn)和磁滯回線(xiàn)是鐵磁材 料分類(lèi)和選用的主要依據(jù)，圖3為常見(jiàn)的 兩種典型的磁滯回線(xiàn)，其中軟磁材料的磁 滯回線(xiàn)狹長(zhǎng)、矯頑力?。?02A/m）、剩磁 和磁

6、滯損耗均較小，磁滯特性不顯著，可 以近似地用它的起始磁化曲線(xiàn)來(lái)表示其 磁化特性，這種材料容易磁化，也容易退 磁，是制造變壓器、繼電器、電機(jī)、交流 磁鐵和各種高頻電磁元件的主要材料。而 硬磁材料的磁滯回線(xiàn)較寬，矯頑力大（102A/m）,剩磁強(qiáng)，磁滯回線(xiàn)所包圍的面積肥大，磁滯特性顯著，因此硬磁材料經(jīng)磁化后仍能保留很強(qiáng)的剩磁，并且這種剩磁不易消除，可用來(lái)制造永磁體2測(cè)繪磁滯回線(xiàn)原理觀察和測(cè)量磁滯回線(xiàn)和基本磁化曲線(xiàn)的線(xiàn)路如圖 4所示。待測(cè)樣品為EI型矽鋼片，N為勵(lì)磁繞組，n為用來(lái)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B而設(shè)置 的繞組。Ri為勵(lì)磁電流取樣電阻，設(shè)通過(guò) N的交流勵(lì)磁電流為i，根據(jù)安培環(huán)路 定律，樣品的磁場(chǎng)強(qiáng)度：H

7、 = Ni/LL為樣品的平均磁路圖4磁滯回線(xiàn)實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路因?yàn)樗?H =（ 1）式（1）中的N、L、©均為已知常數(shù)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H與示波器X輸入U(xiǎn)成正比, 所以由二可確定Ho在交變磁場(chǎng)下，樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度瞬時(shí)值 B是由測(cè)量繞組n和一電路確 定的。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，由于樣品中的磁通 ©的變化，在測(cè)量線(xiàn)圈中 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為式中S為樣品的橫截面積?？紤]到測(cè)量繞組n較小，如果忽略自感電動(dòng)勢(shì)和 電路損耗，則回路方程為：c： - i 沁 + 5式中一為感生電流，為積分電容C2兩端電壓。設(shè)在 At寸間內(nèi)，I向電容 C2的充電電量為Q，貝U£2 = 122 +B2 = i

8、jRa所以如果選取足夠大的慮片和，使得：，貝U上式可以近似改寫(xiě)為所以胚="譏（3）將（3）式兩邊對(duì)時(shí)間t積分，代入（2）式可得式中|7均為已知常數(shù)。磁場(chǎng)強(qiáng)度 B與示波器丫輸入U(xiǎn)2成正比，所以由U2可確定B。在交流磁化電流變化的一個(gè)周期內(nèi)，示波器的光點(diǎn)將描繪 出一條完整的磁滯回線(xiàn)，并在以后每個(gè)周期都重復(fù)此過(guò)程，這樣在示波器的熒光 屏上可以看到穩(wěn)定的磁滯回線(xiàn)。綜上所述，將圖 5中的Ui和U2分別加到示波器 的“X俞入”和“Y俞入”便可觀察樣品的B-H曲線(xiàn)；如將Ui和U2加到測(cè)試儀的信 號(hào)輸入端可測(cè)定樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs、剩磁Rr、矯頑力Hd、磁滯損耗BH 以及磁導(dǎo)率卩等參數(shù)。四、實(shí)

9、驗(yàn)內(nèi)容:(1) 電路連接：選樣品1按實(shí)驗(yàn)儀上所給的電路圖連接線(xiàn)路，并令 Ri=Q,U選擇”置于0位。Uh和Ub (即Ui和U2)分別接示波器的“X俞入”和“Y俞入” 插孔丄為公共端；(2) 樣品退磁：開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)儀電源，對(duì)試樣進(jìn)行退磁，即順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) U 選擇”旋鈕，令U從0增至3V,然后逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)旋鈕，將U從最大值降為0, 其目的是消除剩磁，確保樣品處于磁中性狀態(tài)，即 B= H= 0,如圖5所示；(3) 觀察磁滯回線(xiàn)：開(kāi)啟示波器電源，調(diào)節(jié)示波器，令光點(diǎn)位于熒光屏坐 標(biāo)網(wǎng)格中心，令U=,并分別調(diào)節(jié)示波器x和y軸的靈敏度，使熒光屏上出現(xiàn)圖 形大小合適的磁滯回線(xiàn)(若圖形頂部出現(xiàn)編織狀的小環(huán)，如圖

10、6所示，這時(shí)可降 低勵(lì)磁電壓U予以消除)。記錄下 HS, BS , HC , Br各點(diǎn)坐標(biāo)值，用div 表示。(磁滯回線(xiàn)居中)；注意：磁滯回線(xiàn)應(yīng)盡量大些，以減小熒光屏讀數(shù)相對(duì)誤差。(4) 觀察基本磁化曲線(xiàn)，按步驟 2對(duì)樣品進(jìn)行退磁，從U = 0開(kāi)始，逐檔 提高勵(lì)磁電壓，將在熒光屏上得到面積由小到大一個(gè)套一個(gè)的一簇磁滯回線(xiàn)。 這 些磁滯回線(xiàn)頂點(diǎn)的連線(xiàn)就是樣品的基本磁化曲線(xiàn)，記錄下各電壓下相應(yīng)Hs,Bs的坐標(biāo)值，用div表示。注意：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能改變示波器 x和y軸的靈敏 度。(5) 換樣品2,重復(fù)上述步驟，并觀察、比較樣品 1和樣品2磁化性能的 不同。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析處理:(1)卩-H曲線(xiàn)

11、及磁化特性曲線(xiàn)R = 2.542(U/V182366674608067510295011410301241320130156014218101502040107(2)磁滯回線(xiàn)('.：i - . . I- /)序號(hào)Uw'mV而序號(hào)UH/mVlUmmY115601429-1560-142270010010-700-1003075110-754-2005012200-505-30001330006-400-5014400507-1000-1101510001108-1560-142161560142MO-15u100£ff>> V u-15DQ-laOQ-500 J(p 1111)1500100010020Q