鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線

1、南昌大學(xué)物理實驗報告課程名稱：普通物理實驗（ 2）實驗名稱：鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線學(xué)院：理學(xué)院專業(yè)班級：應(yīng)用物理學(xué) 152 班學(xué)生姓名：學(xué)號：5實驗地點：理生樓 B208座位號：23實驗時間：第六周星期五下午 14 點開始一、實驗?zāi)康模?、掌握用磁滯回線測試儀測繪磁滯回線的方法。2、了解鐵磁物質(zhì)的磁化規(guī)律，用示波器法觀察磁滯回線，比較兩種典型的鐵磁物質(zhì)的動態(tài)磁化特性。3、測定樣品的基本磁化曲線（B-H 曲線），作 H曲線。4、測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)的、H、 B 等參量。二、實驗儀器：磁滯回線測試儀、示波器。三、實驗原理：1. 鐵磁材料的磁滯特性鐵磁物質(zhì)

2、是一種性能特異，在現(xiàn)代科技和國防上用途廣泛的材料。鐵，鈷，鎳及其眾多合金 以及含鐵的氧化物（鐵氧體）均屬鐵磁物質(zhì)。其特征是在外磁場作用下能被強(qiáng)烈磁化，磁導(dǎo) 率 很高。另一特性是磁滯，即磁場作用停止后，鐵磁材料仍保留磁化狀態(tài)。圖一為鐵磁物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 與磁場強(qiáng)度 H 之間的關(guān)系曲線。圖中的原點 O表示磁化之前鐵磁物質(zhì)處于磁中性狀態(tài)，即 B=H=O 。當(dāng)外磁場 H 從 零開始增加時，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 隨之緩慢上升，如線段落0a 所示；繼之 B 隨 H 迅速增長，如 ab段所示；其后， B 的增長又趨緩慢；當(dāng) H 值增至 Hs 時， B的值達(dá)到 Bs ，在 S點的 Bs和 Hs ，通常又稱本次磁滯回

3、線的Bm 和 Hm。曲線 oabs 段稱為起始磁化曲線。當(dāng)磁場從 Hs 逐漸減少至零時， 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 并不沿起始磁化曲線恢復(fù)到 o 點，而是沿 一條新的曲線 sr 下降，比較線段 os 和 sr，我們看到： H 減小， B 也相應(yīng)減小，但 B 的變化 滯后于 H 的變化，這個現(xiàn)象稱為磁滯， 磁滯的明顯特征就是當(dāng) H=0時， B 不為 0 ，而保留剩磁 Br 。當(dāng)磁場反向從 o逐漸變?yōu)?-Hc 時，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=O，這就說明要想消除剩磁，必須施加 反向磁場， Hc 稱為矯頑力。它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀態(tài)的能力，線段rc 稱為退磁 曲線。 圖一還表明，當(dāng)外磁場按Hs 0 - Hc - H

4、s 0 Hc Hs次序變化時，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 則按閉合曲線 srcs r cs 變化時，這閉合曲線稱為磁滯回線。所以，當(dāng)鐵磁材料處于交變磁場中時（如變壓器鐵心），將沿磁滯回線反復(fù)被磁化去磁反向磁化反向去磁，由于磁疇的存在，此過程要消耗能量，以熱的形式從鐵磁材料中釋出。這種損耗稱為磁滯損耗，可以證明，磁滯損耗與磁滯回線所圍面積成正比。當(dāng)初始態(tài)為H=B=O 的鐵磁材料， 在峰值磁場強(qiáng)度H 由弱到強(qiáng)的交變磁場作用下磁化，可以得到面積由小到大向外擴(kuò)張的一組磁滯回線，如圖二所示。這些磁滯回線頂點的連線稱為該鐵磁材料的基本磁化曲線。 由此，可近似確定其磁導(dǎo)率 B/H 因 B 與 H 是非線性關(guān)系，所

5、以鐵磁材料的磁導(dǎo)率 不是常數(shù)，而是隨 H 而變 化，如圖三所示。鐵磁材料的磁導(dǎo)率可高達(dá)數(shù)千至數(shù)萬，這一特點使它廣泛地用于各個方面。磁化曲線和磁滯回線是鐵磁材料分類的主要依據(jù)， 圖四為常見的幾種典型的磁滯回線。 其中，磁滯回線寬者，為硬磁材料，適用制造永磁體，其矯頑力大。剩磁強(qiáng)，如釹鐵硼合金。 磁滯回線細(xì)而窄者，為軟磁材料，矯頑力，剩磁和磁滯損耗均較小，是制造變壓器、 電機(jī)和交流電磁鐵的主要材料。磁滯回線如矩形者，矯頑力小，剩磁大，適于做記憶材料。如磁環(huán)、磁膜，廣泛地應(yīng)用于高科技行業(yè)。2.測繪磁滯回線原理觀察和測量磁滯回線和基本磁化曲線的線路如圖五所示。待測樣品為EI型矽鋼片， N為勵磁繞組，n

6、為用來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B 而設(shè)置的繞組。 R1 為勵磁電流取樣電阻，設(shè)通過 N 的交流勵磁電流為i ，根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場強(qiáng)度因為在交變磁場下，樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度瞬時值B 是測量繞組 n 和R2C2電路給定的，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，由于樣品中的磁通 的變化，在測量線圈中產(chǎn)生的感生電動勢的大小為S 為樣品的截面積。如果忽略自感電動勢和電路損耗，則回路方程為式中2 i為感生電流，UB為積分電容C 兩端電壓,設(shè)在t 時間內(nèi)，i2向電容C2的充電電量為Q，則如果選取足夠大的R2和C，使i2R2 Q/C，則上式中C、 R2、 n和S 均為已知常數(shù)。所以由UB可確定B.和綜上所述，將圖5 中的UH

7、 和 UB 分別加到示波器的UB 加到測試儀的信號輸入端可測定樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度“ X輸入 ”和 “ Y輸入 ”便可觀察樣品的B HBs、剩磁Rr、矯頑力HD 、磁滯損耗BH曲線； 如將以及磁導(dǎo)率UH 等參數(shù)。四、實驗內(nèi)容和步驟：1.電路連接： 選樣品 1按實驗儀上所給的電路圖連接線路，并令 R12.5 ， “U選擇”置于O 位。 UH和 UB 分別接示波器的“ X 輸入”和“ Y 輸入”，插孔為公共端。2. 樣品退磁： 開啟實驗儀電源， 對試樣進(jìn)行退磁，即順時針方向轉(zhuǎn)動“ U 選擇”旋鈕，令 U 從 0 增至 3V ，然后逆時針方向轉(zhuǎn)動旋鈕，將 U 從最大值降為 O，其目的是消除剩磁， 確

8、保樣品處于磁中性狀 態(tài)，即 B H 0，如圖 6 所示。3. 觀察磁滯回線：開啟示波器電源，令光點位于坐標(biāo)網(wǎng)格中心，令U 2.2V ，并分別調(diào)節(jié)示波器 x和 y軸的靈敏度， 使顯示屏上出現(xiàn)圖形大小合適的磁滯回線（若圖形頂部出現(xiàn)編織狀的小環(huán)，如圖7所 示，這時可降低勵磁電壓U 予以消除）。4. 觀察基本磁化曲線，按步驟 2 對樣品進(jìn)行退磁，從 U 0 開始，逐檔提高勵磁電壓，將在顯示屏 上得到面積由小到大一個套一個的一簇磁滯回線。這些磁滯回線頂點的連線就是樣品的基本磁化曲線， 借助長余輝示波器，便可觀察到該曲線的軌跡。5. 觀察樣品 1 磁化性能。6. 測繪 H 曲線：仔細(xì)閱讀測試儀的使用說明，

9、接通實驗儀和測試儀之間的連線。開啟電源，對 樣品進(jìn)行退磁后，依次測定 U 0.5 ，1.0 3.0V 時的十組 Hm和 Bm 值，作 H曲線。7. 令 U 3.0V ，R12.5 測定樣品 1 的 BS,Rr,HD,BH, 等參數(shù)。8. 取步驟 7 中的 H 和其相應(yīng)的 B 值，用坐標(biāo)紙繪制 B H 曲線（如何取數(shù)？取多少組數(shù)據(jù)？自行考慮），并估算曲線所圍面積。五、實驗數(shù)據(jù)與處理：L=60mm, S=80mm 2, N=50, N2=150, R1=2.5 , R2=10k , C1=20 ， C2=20,1. 基本磁化曲線與 -H 曲線U/VX/VH/(10 -4 Am -1 )Y/VB/(

10、10 2T)(=B/H)/(H/m)0.526.66740.66710.0001.0310.00071.66711.6671.2413.33381.33310.0001.5620.000101.6678.3331.8826.667122.0007.5002.0930.000132.1677.2222.21033.333142.3337.0002.51446.667152.5005.3572.81653.333162.6675.0003.01756.667162.6674.7062. B-H 曲線（ U=2.8v, R=2.5）N.O.X/VH/(10 -4 Am -1) Y/VB/(10 2T

11、)N.O.X/VH/(10 -4Am -1 )Y/VB/(10 2T)11653.333162.6679-5-16.667-9-1.521033.333142.33310-15-50-16-2.667351.66712211-5-16.667-11-1.8334310101.66712-4-13.333-10.5-1.755007.51.251300-6-16-1-3.33350.833141.55007-2-6.66700152.58.33350.83338-3-10-5-0.83316516.667101.667, BH0.492 KJ/m 3六、誤差分析：1. 在示波器上讀數(shù)時會有較大的誤差。2. 沒有完全退磁會對曲線有影響。3. 中心光點不在坐標(biāo)軸的正中央，也會給數(shù)據(jù)帶來誤差。七、思考題：1. 如果不退磁，我們做實驗會有什么后果？答：當(dāng)將 H 降為 0 時， B 并不為 0，需要加一個反向的