大學(xué)物理實驗報告-磁滯回線研究

磁滯回線研究班級姓名學(xué)號實驗?zāi)康模篴.研究磁性材料的動態(tài)磁滯回線；b.了解采用示波器測動態(tài)磁滯回線的原理；c.利用作圖法測定磁性材料的飽和磁感應(yīng)強度B,磁場強度H實驗儀器：普通型磁滯回線實驗儀DH4516。實驗原理：當(dāng)材料磁化時，磁感應(yīng)強度B不僅與當(dāng)時的磁場強度H有關(guān)，而且決定于磁化的歷史情況，如圖-1所示。曲線OA表示鐵磁材料從沒有磁性開始磁化，磁感應(yīng)強度B隨H的增加而增加，稱為磁化曲線。當(dāng)H增加到某一值HS時，B幾乎不再增加，說明磁化已到達飽和。材料磁化后，如使H減小，B將不沿原路返回，而是沿另一條曲線ACA下降。當(dāng)H從-HS增加時，B將沿A’C’A曲線到達A，形成一閉合曲線稱為磁滯回線，其中H=0時，，Br稱為剩余磁感應(yīng)強度。要使磁感應(yīng)強度B為零，就必須加一反向磁場-Hc,Hc稱為矯頑力。為了使樣品的磁特性能重復(fù)出現(xiàn)，也就是指所測得的根本磁化曲線都是由原始狀態(tài)〔H=0,B=0〕開始，在測量前必須進行退磁，以消除樣品中的剩余磁性。1.示波器測量磁滯回線的原理圖-2所示為示波器測動態(tài)磁滯回線的原理電路。將樣品制成閉合的環(huán)形，然后均勻地繞以磁化線圈N1及副線圈N2，即所謂的羅蘭環(huán)。交流電壓u加在磁化線圈上，R1為取樣電阻，其兩端的電壓u1加到示波器的x軸輸入端上。副線圈N2與電阻R2和電容串聯(lián)成一回路。電容C兩端的電壓u加到示波器的y輸入端上?！?〕ux(x軸輸入)與磁場強度H成正比，假設(shè)樣品的品均周長為，磁化線圈的匝數(shù)為N1，磁化電流為i1〔瞬時值〕，根據(jù)安培環(huán)路定理，有H=N1i1,而，所以〔1〕由于式中R1、和N1皆為常數(shù)，因此，該式清楚地說明示波器熒光屏上電子束水平偏轉(zhuǎn)的大小〔u1〕與樣品中的磁場強度〔H〕成正比。〔2〕uC〔y軸輸入〕在一定條件下與磁感應(yīng)強度B成正比設(shè)樣品的截面積為S，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在匝數(shù)為N2的副線圈中，感應(yīng)電動勢應(yīng)為〔2〕此外，在副線圈回路中的電流為i2且電容C上的電量為q時，又有〔3〕考慮到副線圈匝數(shù)N2較小，因而自感電動勢未加以考慮，同時，R2與C都做成足夠大，使電容C上的電壓降〔uc=q/C〕比起電阻上的電壓降R2i2小到可以忽略不計。于是式〔3〕可以近似的改寫為〔4〕將關(guān)系式代入式〔4〕，得〔5〕將上式與式〔2〕比擬，不考慮其負號〔在交流電中負號相當(dāng)于相位差±π〕時，應(yīng)有將兩式兩邊對時間積分，由于B和uc都是交變的，故積分常數(shù)為0。整理后得〔6〕由于N2、S、R2和C皆為常數(shù)，因此該式說明了示波器的熒光屏上豎直方向偏轉(zhuǎn)的大小〔uc〕與此干起那股〔B〕成正比。由此可見，在磁化電流變化的一周期內(nèi)，示波器的光點將描繪出一條完整的磁滯回線，并在以后每個周期都重復(fù)此過程，這樣在示波器的熒光屏上將看到一穩(wěn)定的磁滯回線圖線?！?〕測量標(biāo)定本實驗不僅要求能用示波器顯示出待測材料的動態(tài)磁滯回線，而且要能使用示波器定量觀察和分析磁滯回線。因此，在實驗中還需確定示波器熒光屏上x軸〔即H軸〕的每一小格實際代表多少磁場強度，y軸〔即B軸〕的每一小格實際代表多少磁感應(yīng)強度，這就是測量標(biāo)定問題。1〕x軸〔H軸〕標(biāo)定x軸標(biāo)定操作的目的是標(biāo)定H。具體而言就是確定示波器熒光屏x軸〔即H軸〕的每一小格實際代表多少磁場強度。由式〔1〕可見，假設(shè)設(shè)法測出光點沿x軸偏轉(zhuǎn)的大小與電壓u1的關(guān)系，就可確定H。具體標(biāo)定H的線路圖如圖-4所示。其中交流電表A用于測量ν0(請注意A的指示是i0的有效值I0)。調(diào)解I0使熒光屏上水平線長度為Mx格，它對應(yīng)于u1且為峰峰值，即，因此，每一小格所代表的u1的值為。這樣由式〔1〕就可知熒光屏每一小格所代表的磁場強度H是〔7〕值得注意的是，標(biāo)定線路中應(yīng)將被測樣品去掉，而代之以一純電阻R0。這主要是因為被測樣品室鐵磁材料，它的B和H的關(guān)系是非線性的，從而使電路中的電流產(chǎn)生非正弦形畸變。R0起限流作用，標(biāo)定操作中應(yīng)使I0不超過R0允許的電流。2〕y軸〔B軸〕標(biāo)定y軸標(biāo)定操作的目的是標(biāo)定B，具體而言就是確定y軸〔B軸〕的每一小格實際代表多少磁感應(yīng)強度。具體標(biāo)定B的線路如圖-5所示。圖中M是一個標(biāo)準(zhǔn)互感器。流經(jīng)互感器原邊的瞬時電流為i0，那么互感器副邊中的感應(yīng)電動勢E0為類似于式〔5〕，又有對上式兩邊積分，可得〔8〕由于A測出的是i0的有效值I0，所以對應(yīng)于uc的有效值UC，有而相應(yīng)的峰峰值為。假設(shè)此時對應(yīng)uc峰峰值的垂直線總長主度為My，那么根據(jù)〔6〕可得，y軸每一小格所代表的磁感應(yīng)強度為〔9〕應(yīng)注意實驗中，不要使I0超過互感器所允許的額定電流值。四、實驗步驟：1．儀器的調(diào)節(jié)按圖-3所示線路接線，調(diào)節(jié)示波器，使光點調(diào)至熒光屏正中心。調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器，從零開始逐步增大磁化電流，使磁滯回線上的B值能到達飽和。示波器的x、y軸衰減置“1〞擋，可適當(dāng)調(diào)整x、y的增幅，使熒光屏上得到大小適中的磁滯回線。記住此時磁化電流I的大小。2．量動態(tài)磁滯回線(1).樣品退磁，把調(diào)壓器的輸出電壓從最大值緩慢調(diào)至零，樣品即被退磁。(2).將電流調(diào)至I，以每小格為單位測假設(shè)干組B、H的坐標(biāo)值。記住回線頂點〔A〕、剩磁〔Br〕、矯頑力〔Hc〕三個點的讀數(shù)〔注意此后，示波器的x軸增幅，y軸增幅絕對不要改變，以便進行H、B標(biāo)定〕。(3).標(biāo)定H和B，分別按圖-4、圖2.3.2-5接線。(4).測磁化曲線，即測量大小不同的各個磁滯回線的頂點的連接。(5).改變磁化電流的頻率，觀察磁滯回線的