南昌大學(xué)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(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：座位號(hào)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 認(rèn)識(shí)鐵磁物質(zhì)的磁化規(guī)律，比較兩種典型的鐵磁物質(zhì)的動(dòng)態(tài)磁化特性。2. 測(cè)定樣品的基本磁化曲線，作 H 曲線。3. 測(cè)定樣品的 HD、 Br 、 BS和（ Hm· Bm）等參數(shù)。4. 測(cè)繪樣品的磁滯回線，估算其磁滯損耗。二、實(shí)驗(yàn)原理：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（鐵氧體）均屬鐵磁物質(zhì)。其特征是在外磁場(chǎng)作用下能被強(qiáng)烈磁化，故磁導(dǎo)率很高。另一特征是磁滯，即磁化場(chǎng)作用停止后，鐵磁質(zhì)仍

2、保留磁化狀態(tài)，圖1 為鐵磁物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 與磁化場(chǎng)強(qiáng)度H 之間的關(guān)系曲線。圖中的原點(diǎn)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)磁場(chǎng) H從零開始增加時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B 隨之緩慢上升，如線段oa 所示，繼之B 隨 H 迅速增長(zhǎng)，如ab 所示，其后B 的增長(zhǎng)又趨緩慢，并當(dāng)H 增至 HS 時(shí)， B 到達(dá)飽和值BS，oabs 稱為起始磁化曲線。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恢復(fù)到“ O”點(diǎn)，而是沿另一條新的曲線SR下降，比較線段OS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，這現(xiàn)象稱為磁滯，磁滯的明顯特征是當(dāng)HO時(shí)， B

3、不為零，而保留剩磁Br 。當(dāng)磁場(chǎng)反向從O逐漸變至 HD時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B 消失，說(shuō)明要消除剩磁，必須施加反向磁場(chǎng)，HD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RD稱為退磁曲線。圖 1 還表明，當(dāng)磁場(chǎng)按HS O HD -HS O HD HS 次序變化，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B則沿閉合曲線SRD S R D S 變化，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(chǎng)中時(shí)（如變壓器中的鐵心），將沿磁滯回線反復(fù)被磁化去磁反向磁化反向去磁。在此過程中要消耗額外的能量，并以熱的形式從鐵磁材料中釋放，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。圖 1 鐵磁質(zhì)起始磁化圖 2

4、同一鐵磁材料的一簇磁滯回線圖 3鐵磁材料 與 H 并系曲曲線和磁滯回線應(yīng)該說(shuō)明，當(dāng)初始態(tài)為 H BO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，如圖 2 所示，這些磁滯回線頂點(diǎn)的連線稱為鐵磁材料的基本磁化曲線，由此可近似確定其磁導(dǎo)率B ，因B 與 H 非線性，故鐵磁材料的 不是常數(shù)而是隨H 而變化（如圖3 所示）。鐵磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率可H高達(dá)數(shù)千乃至數(shù)萬(wàn)，這一特點(diǎn)是它用途廣泛的主要原因之一?？梢哉f(shuō)磁化曲線和磁滯回線是鐵磁材料分類和選用的主要依據(jù)，圖 4 為常見的兩種典型的磁滯回線，其中軟磁材料的磁滯回線狹長(zhǎng)、矯頑力、剩磁和磁滯損耗均較小，是制造變

5、壓器、電機(jī)、和交流磁鐵的主要材料。而硬磁材料的磁滯回線較寬，矯頑力大，剩磁強(qiáng)，可用來(lái)制造永磁體。圖 4 不同鐵磁材料的磁滯回線圖 5 實(shí)驗(yàn)線路觀察和測(cè)量磁滯回線和基本磁化曲線的線路如圖五所示。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。 R 為勵(lì)磁電流取樣電阻，設(shè)通過N 的交流勵(lì)磁電流為 i ，根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁1化場(chǎng)強(qiáng)N 1iHL為樣品的平均磁路L iU1R1HN 1U H（ 1）LR 1(1) 式中的 N1、 L、 R 1 均為已知常數(shù)，所以由UH 可確定 H。在交變磁場(chǎng)下，樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度瞬時(shí)值B 是測(cè)量繞組n 和 R 2 C 電路給

6、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)量線圈中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)的大小為d2ndt12dtn12 dtBS nS(2)S 為樣品的截面積。如果忽略自感電動(dòng)勢(shì)和電路損耗，則回路方程為2i 2R 2 U B式中 i 2 為感生電流， UB為積分電容 C 兩端電壓 , 設(shè)在t 時(shí)間內(nèi)， i 2 向電容 C2 的充電電量為Q，則U BQQ2i 2 R 2CC如果選取足夠大的R2 和 C，使 i 2R2 >>Q/C，則2 i2 R2 idQdU B2C 2dtdtCR2dU B(3)22dt由（ 2）、（ 3）兩式可得BCR2 UB（ ）N 2 S4上式中 C、R2、 n

7、 和 S均為已知常數(shù)。所以由UB可確定 B0綜上所述，將圖HB分別加到示波器的“X 輸入”和“Y 輸入”便可觀察樣品的B H 曲線；如將H和5中的 U和 UUB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Sr、矯頑力DUB、剩磁 RH 、磁滯損耗 WBH以及磁導(dǎo)率 等參數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：1. 電路連接：選樣品位。 UH和 UB 分別接示波器的“1 按實(shí)驗(yàn)儀上所給的電路圖連接線路，并令 R12.5 ，“U選擇”置于 O X 輸入”和“ Y 輸入”，插孔為公共端。2.樣品退磁：開啟實(shí)驗(yàn)儀電源，對(duì)試樣進(jìn)行退磁，即順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)“U選擇”旋鈕，令U 從 0 增至 3V，然后逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕

8、，將U 從最大值降為O，其目的是消除剩磁，確保樣品處于磁中性狀態(tài)，即BH 0，如圖 6 所示。圖 6退磁示意圖圖 7 U B和 B 的相位差等因素引起的畸變3.觀察磁滯回線：開啟示波器電源，令光點(diǎn)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(shí)可降低勵(lì)磁電壓U 予以消除）。4.觀察基本磁化曲線，按步驟2 對(duì)樣品進(jìn)行退磁，從U 0 開始，逐檔提高勵(lì)磁電壓，將在顯示屏上得到面積由小到大一個(gè)套一個(gè)的一簇磁滯回線。這些磁滯回線頂點(diǎn)的連線就是樣品的基本磁化曲線，借助長(zhǎng)余輝示波器，便可觀察到該曲

9、線的軌跡。5. 觀察、比較樣品 1 和樣品 2 的磁化性能。6. 測(cè)繪 H 曲線：仔細(xì)閱讀測(cè)試儀的使用說(shuō)明，接通實(shí)驗(yàn)儀和測(cè)試儀之間的連線。開啟電源，對(duì)樣品進(jìn)行退磁后，依次測(cè)定 U0.5 ， 1.0 3.0V 時(shí)的十組 Hm和 Bm值，作 H 曲線。7. 令 U 3.0V ， R1 2.5 測(cè)定樣品 1 的 BS,R r ,HD,WBH, 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。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理：電容 C1( F) ： 201：2.52) ：102電阻 R( )電阻 R (k截面 S(mm) ：

10、 80勵(lì)磁繞組 N1( 匝 ) ： 150測(cè)量繞組 N2( 匝 ) ： 150平均磁路 L(mm)： 60表一基本磁化曲線與H曲線U（ V）H×104安 / 米B× 102 特斯拉B/H 享利 / 米0.50.0053333330.0006666670.001251.00.010.0010833330.0010833331.20.0120.0014166670.0011805561.50.0186666670.001750.00093751.80.0240.0020.0008333332.00.0293333330.002250.0007670452.20.03333333

11、30.00250.000752.50.0433333330.0026666670.0006153852.80.050.0028333330.0005666673.00.0566666670.0030.000529412表二 . 磁滯回線U=1.2V R1=2.5歐姆HD=43.33Br =0.083Bm=0.11NOH×104A/mB× 102TNOH×104 A/mB× 102T1-120-0.1333333339-33.333333330.0333333332120033.33333333-0.1300.0833333331133.333333330.140-0.0666666671233.33333333-0.0166666675-46.6666666701366.666666670.083333333643.3333333301466.666666670.1166666677-66.66666667-0.06666666715-400.0166666678-