鐵磁材料地磁滯回線(xiàn)圈和基本磁化曲線(xiàn)

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（下）_實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：鐵磁材料的磁滯回線(xiàn)圈和基本磁化曲線(xiàn)學(xué)院：信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：學(xué)生：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(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)定樣品的基本磁化特性曲線(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)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，用途廣泛的材料。鐵、鈷、鎳及其眾多合金以及 含鐵的氧化物 （鐵

2、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)率卩很高。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(xiàn)。如果 流過(guò)線(xiàn)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(xiàn)稱(chēng)為起始磁化曲線(xiàn)。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(xiàn) ab 下降。B隨H變化的全過(guò)程如下：當(dāng)H按 0 f Hm f OHeHm f O f H c f Hm的順序變化時(shí)，B相應(yīng)沿

3、O f Bm f Br f O f Bm f Br f O f Bm的順序變化。將上述變化過(guò)程的各點(diǎn)連接起來(lái)，就得到一條圭寸閉曲線(xiàn)abcdefa,這條曲線(xiàn)稱(chēng)為磁滯回線(xiàn)。從圖1可以看出：(1 )當(dāng)H = 0時(shí)，B不為零，鐵磁材料還保留一定值的磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br，通 常稱(chēng)Br為鐵磁材料的剩磁。(2) 要消除剩磁Br ,使B降為零，必須加一個(gè)反方向磁場(chǎng) He，這個(gè)反向 磁場(chǎng)強(qiáng)度H e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)，鐵磁材料的B值并不相同， 即磁化過(guò)程與鐵磁材料過(guò)去的磁化經(jīng)歷有關(guān)。對(duì)于同一鐵磁材料，若開(kāi)始時(shí)不帶磁性，依次選取磁化電流為Il、l2、7m(|l<

4、12<lm)則相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hl、H2、Hm。在每一個(gè)選定的磁場(chǎng)值下，使 其方向發(fā)生兩次變化(即Hlf - H 1 f Hl,Hm f - H m f H m等)，則可得到一組逐 漸增大的磁滯回線(xiàn)(圖2)。我們把原點(diǎn)o和各個(gè)磁滯回線(xiàn)的頂點(diǎn)ai、a2、a所連成的曲線(xiàn)，稱(chēng)為鐵磁材料的基本磁化曲線(xiàn)?？梢钥闯?，鐵磁材料的B和HB不是直線(xiàn)，即鐵磁材料的磁導(dǎo)率不是常數(shù)。H由于鐵磁材料磁化過(guò)程的不可逆性及具有剩磁的特點(diǎn)，在測(cè)定磁化曲線(xiàn)和磁滯回線(xiàn)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(guò)程中只允許單調(diào)增加或減少，不可時(shí)增時(shí)減。圖3退磁過(guò)程：由 Br到a,然

5、后經(jīng) 一系列不閉合的回線(xiàn)收縮至原點(diǎn)圖2基本磁化曲線(xiàn)在理論上，要消除剩磁Br，只需通一反方向磁化電流，使外加磁場(chǎng)正好等于鐵磁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(wú)法 確定退磁電流的大小。我們從磁滯回線(xiàn)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(guò)程就是一連串逐漸縮小而最終趨于原點(diǎn)的環(huán)狀曲線(xiàn)，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(wàn)，這一特點(diǎn)是它用途廣泛的主o要原因之一2、測(cè)繪磁滯回線(xiàn)原理O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5待測(cè)樣品

6、是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。？?為勵(lì)磁繞組取樣電阻，設(shè)通過(guò) N的交流勵(lì)磁電流為i，根據(jù)安培環(huán)? ?路定理，樣品的磁場(chǎng)強(qiáng)度H= ?，-其中L為樣品的平均磁路。因?yàn)閕 =才，所以?H =瑋?？。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(guò)該截面的磁通©二B?S由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，在副線(xiàn)圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)2 i 2R2 U2pirl 口2 ndTnSdT由副邊的回路方程式式中i2為副邊電流，U2為電容C兩端的電壓。設(shè)i2向電容器C充電，在t時(shí)間充電量為Q，則此時(shí)電容兩端的電壓Uc表示如下：U2 QC當(dāng)我們選取足夠的R2、

7、C時(shí)，使Uc小到與ic R2相比可以略去不計(jì)時(shí)，簡(jiǎn)化i 2R2又因?yàn)閕 2dQdTdu2dT所以r2cdu2dT根據(jù)電磁感應(yīng)定律nSdBdtR2Cdu2dT將兩邊積分，經(jīng)整理后可得到 B的數(shù)值為RCU2三、實(shí)驗(yàn)容只要將Ui和U2分別接到示波器的X軸與丫軸輸入，則在熒光屏上掃描出來(lái)的圖形就能如實(shí)反映被測(cè)樣品的磁滯回線(xiàn)。依次改變 Ui （從零遞增）值，便可得 到一組磁滯回線(xiàn)，各條磁滯回線(xiàn)頂點(diǎn)的連線(xiàn)便是基本磁化曲線(xiàn)。 由此可近似確定B其磁導(dǎo)率 一，因B與H是非線(xiàn)性的，故鐵磁材料的磁導(dǎo)率不是常數(shù)而是H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(xiàn)測(cè)試儀、示波器五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理L=60 m

8、m N=50T n=150TS=80 ? ? = 10? ? = 20?表一 基本磁化曲線(xiàn)與一H曲線(xiàn)。測(cè)試條件：？=2.5?U(V)?(mV)?(mV)H(104A/mB(/102?卩(H/m)0.5290920.009670.015330.015861.05202400.017330.040000.023081.26703080.022330.051330.022991.59103960.030330.066000.021761.811804680.039330.078000.019832.013605000.045330.083330.018382.215505300.051670.088

9、330.017102.518105700.060330.095000.015752.820805950.069330.099170.014303.022406100.074670.101670.01362表二 BH曲線(xiàn)測(cè)試條件：？ = 2.5? U=1.5VNO.?(mV)? (mV)H(104A/m)B(/102?19103960.030330.066002-910-396-0.03033-0.06600336000.012000.000004-3600-0.012000.00000502800.000000.0466760-2800.00000-0.0466776004000.020000

10、.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曲線(xiàn)圍成面積7格左右六、誤差分析1、每條導(dǎo)線(xiàn)的電阻不同，使用不同的導(dǎo)線(xiàn)，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、如果不退磁，做實(shí)驗(yàn)會(huì)有什么后果？答：起始點(diǎn)不在零，實(shí)驗(yàn)得出的磁滯回線(xiàn)不對(duì)稱(chēng)。2、示波器顯示的磁滯回線(xiàn)是真實(shí)的 H-B曲線(xiàn)嗎？如果不是，為什么可 以用它來(lái)描繪磁滯回線(xiàn)？答：不是，示波器只可以采集電壓信號(hào)，測(cè)量動(dòng)態(tài)磁質(zhì)回線(xiàn)時(shí)，必須將非 電壓量H和B轉(zhuǎn)換成電壓量才能顯示出來(lái)。八、附上原始數(shù)據(jù)和退磁示意圖必3 fP；:疏丄謝M1WJ-X*it w_hg j»4_l卜3X.-