鐵磁材料的磁滯回線圈和基本磁化曲線

1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（下）_實(shí)驗(yàn)名稱： 鐵磁材料的磁滯回線圈和基本磁化曲線 學(xué)院： 信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： _ 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓B208 座位號(hào)： _ 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 第8周星期三下午三點(diǎn)四十五分_ 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握用磁滯回線測(cè)試儀測(cè)繪磁滯回線的方法。2、 了解鐵磁材料的磁化規(guī)律，用示波器法觀察磁滯線，比較兩種典型鐵磁物質(zhì)的動(dòng)態(tài)磁化特性。3、 測(cè)定樣品的基本磁化特性曲線（B-H曲線），并作-H曲線。4、 測(cè)繪樣品在給定條件下的磁滯回線，估算其磁滯損耗以及相關(guān)參量。二、 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

2、料。鐵、鈷、鎳及其眾多合金以及含鐵的氧化物（鐵氧體）均屬于鐵磁物質(zhì)。其特征是在外磁場(chǎng)的作用下能被強(qiáng)烈氧化，即磁導(dǎo)率很高。另一特征是磁滯，即磁場(chǎng)停止作用后，鐵磁質(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。如果流過線圈的磁化電流從零逐漸增大，則鋼圓環(huán)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨激勵(lì)磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化如圖1中oa段所示。這條曲線稱為起始磁化曲線。繼續(xù)增大磁化電流，即增加磁場(chǎng)強(qiáng)度H時(shí)，B上升很緩慢。如果H逐漸減小，則B也相應(yīng)減小，但并不沿ao段下降，而是沿另一條曲線ab下降。B隨H變化的全過程如下： 當(dāng)H按 OHmOHmOHm的順序變化時(shí)，B相應(yīng)沿 OOO的順序變化。圖 1eBmBr

3、HCHmHmdcHCofbaBrBmBH 將上述變化過程的各點(diǎn)連接起來，就得到一條封閉曲線abcdefa,這條曲線稱為磁滯回線。從圖1可以看出：（1）當(dāng)H0時(shí)，B不為零，鐵磁材料還保留一定值的磁感應(yīng)強(qiáng)度，通常稱為鐵磁材料的剩磁。（2）要消除剩磁，使B降為零，必須加一個(gè)反方向磁場(chǎng)，這個(gè)反向磁場(chǎng)強(qiáng)度叫做該鐵磁材料的矯頑磁力。（3）H上升到某一個(gè)值和下降到同一數(shù)值時(shí)，鐵磁材料內(nèi)的B值并不相同，即磁化過程與鐵磁材料過去的磁化經(jīng)歷有關(guān)。對(duì)于同一鐵磁材料，若開始時(shí)不帶磁性，依次選取磁化電流為I1、I2、Im(I1< I2< Im)則相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H1、H2、Hm。在每一個(gè)選定的磁場(chǎng)值下，使其

4、方向發(fā)生兩次變化（即H1- H1H1,Hm- HmHm等），則可得到一組逐漸增大的磁滯回線（圖2）。我們把原點(diǎn)o和各個(gè)磁滯回線的頂點(diǎn)a1、a2、a所連成的曲線，稱為鐵磁材料的基本磁化曲線?？梢钥闯?，鐵磁材料的B和H不是直線，即鐵磁材料的磁導(dǎo)率不是常數(shù)。由于鐵磁材料磁化過程的不可逆性及具有剩磁的特點(diǎn)，在測(cè)定磁化曲線和磁滯回線時(shí)，首先必須將鐵磁材料預(yù)先退磁，以保證外加磁場(chǎng)H=0時(shí)，B=0；其次，磁化電流在實(shí)驗(yàn)過程中只允許單調(diào)增加或減少，不可時(shí)增時(shí)減。a圖3 退磁過程：由Br到a,然后經(jīng)一系列不閉合的回線收縮至原點(diǎn)圖2 基本磁化曲線在理論上，要消除剩磁，只需通一反方向磁化電流，使外加磁場(chǎng)正好等于鐵磁

5、材料的矯頑磁力就行。實(shí)際上，矯頑磁力的大小通常并不知道，因而無法確定退磁電流的大小。我們從磁滯回線得到啟示：如果使鐵磁材料磁化達(dá)到飽和，然后不斷改變磁化電流的方向，與此同時(shí)逐漸減小磁化電流，以至于零，那么該材料得磁化過程就是一連串逐漸縮小而最終趨于原點(diǎn)的環(huán)狀曲線，如圖3所示。當(dāng)H減小到零時(shí)，B亦同時(shí)降為零，達(dá)到完全退磁。 鐵磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率可高達(dá)數(shù)千乃至數(shù)萬，這一特點(diǎn)是它用途廣泛的主要原因之一。鐵磁材料分為硬磁和軟磁BH曲線如圖4所示。圖4 不同鐵磁材料的磁滯回線 2、測(cè)繪磁滯回線原理 觀察和測(cè)量磁滯回線和基本磁化曲線的線路如圖5。 圖5待測(cè)樣品是EI型矽鋼片，N為勵(lì)磁繞組，n為用來測(cè)量磁感

6、應(yīng)強(qiáng)度B而設(shè)置的繞組。R1為勵(lì)磁繞組取樣電阻，設(shè)通過N的交流勵(lì)磁電流為i，根據(jù)安培環(huán)路定理，樣品的磁場(chǎng)強(qiáng)度H=NiL，其中L為樣品的平均磁路。因?yàn)閕=U1R1，所以H=NLR1U1。交變的H樣品中產(chǎn)生交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。假設(shè)被測(cè)樣品的截面積S，穿過該截面的磁通BS,由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，在副線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 由副邊的回路方程式 式中i2為副邊電流，為電容C兩端的電壓。設(shè)i2向電容器C充電，在t時(shí)間內(nèi)充電量為Q，則此時(shí)電容兩端的電壓表示如下： 當(dāng)我們選取足夠的R2、C時(shí)，使小到與相比可以略去不計(jì)時(shí)，簡(jiǎn)化為 又因?yàn)?所以 根據(jù)電磁感應(yīng)定律 將兩邊積分，經(jīng)整理后可得到B的數(shù)值為 三、 實(shí)驗(yàn)

7、內(nèi)容只要將和 分別接到示波器的X軸與Y軸輸入，則在熒光屏上掃描出來的圖形就能如實(shí)反映被測(cè)樣品的磁滯回線。依次改變（從零遞增）值，便可得到一組磁滯回線，各條磁滯回線頂點(diǎn)的連線便是基本磁化曲線。由此可近似確定其磁導(dǎo)率，因B與H是非線性的，故鐵磁材料的磁導(dǎo)率不是常數(shù)而是隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H而變化。四、 實(shí)驗(yàn)儀器TH-MHC型智能磁滯回線測(cè)試儀、示波器五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理 L=60mm N=50T n=150T S=80mm2 R2=10k C2=20F表一 基本磁化曲線與H曲線。 測(cè)試條件： R1=2.5U(V)U1(mV)U2(mV)H(104A/m)B(/102T) (H/m)0.5290920.009

8、670.015330.015861.05202400.017330.040000.023081.26703080.022330.051330.022991.59103960.030330.066000.021761.811804680.039330.078000.019832.013605000.045330.083330.018382.215505300.051670.088330.017102.518105700.060330.095000.015752.820805950.069330.099170.014303.022406100.074670.101670.01362表二 BH曲線測(cè)

9、試條件：R1=2.5 U=1.5VNO.U1(mV)U2(mV)H(104A/m)B(/102T)19103960.030330.066002-910-396-0.03033-0.06600336000.012000.000004-3600-0.012000.00000502800.000000.0466760-2800.00000-0.0466776004000.020000.0666784003800.013330.0633392003400.006670.05667106002800.020000.0466711-400-320-0.01333-0.0533312-600-240-0.02000-0.0400013-200200-0.006670.0333314200-1600.00667-0.0266715-600-200-0.02000-0.0333316400600.013330.01000圍成面積7格左右六、 誤差分析1、 每條導(dǎo)線的電阻不同，使用不同的導(dǎo)線，會(huì)得到不同的結(jié)果。2、 示波器讀數(shù)不準(zhǔn)確，圖像未調(diào)整到中心位置，數(shù)格子容易出現(xiàn)誤差。七、 思考題1