鐵磁材料的磁滯回線及基本磁化曲線

鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線理學院，應用物理專業(yè)11-1, ）摘要：鐵磁物質(zhì)是一種性能特異，用途廣泛的材料。其特征是在外磁場作用下能被強烈磁化，故磁導率口很高。另一特征是磁滯，即磁化場作用停止后，鐵磁質(zhì)仍保留磁化狀態(tài)。研究鐵磁材料的特性有著重要的意義，它在傳統(tǒng)工業(yè)、生物醫(yī)學中磁應用、軍事領域以及考古天文地址采礦界領域都有著廣泛的應用。研究鐵磁材料重要的方法是測量和分析磁滯回線和基本磁化曲線。本文是我在做大學物理基礎實驗——測定鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線時的總結(jié)和心得體會。關鍵詞：鐵磁材料；磁滯回線；基本磁化曲線引言鐵磁材料除了具有高的磁導率外，另一重要的磁性特點就是磁滯。設鐵磁性材料已沿起始磁化曲線磁化到飽和，磁化開始飽和時的磁感應強度值用表示。如果在達到飽和狀態(tài)之后使H減小，這時B的值也要減小，但不沿原來的曲線下降，而是沿著上一條曲線段下降，對應的值比原先的值大，說明鐵磁質(zhì)磁化過程是不可逆的過程。當H=0時，B不為零,而是大于零，稱為剩余磁感應強度。通過剩余極化強度可以判斷材料是硬磁材料還是軟磁材料，還有磁化能力等。理論鐵磁物質(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)。其特征是在外磁場作用下能被強烈磁化，故磁導率口很高。另一特征是磁滯，即磁化場作用停止后，鐵磁質(zhì)仍保留磁化狀態(tài)，圖1為鐵磁物質(zhì)的磁感應強度B與磁化場強度H之間的關系曲線。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,當磁場H從零開始增加時，磁感應強度B隨之緩慢上升，如線段oa所示，繼之B隨H迅速增長，如ab所示，其后B的增長又趨緩慢，并當H增至H時，B到達飽和值B,oabs稱為起始磁化曲線。圖1表明，當磁場從H逐漸減小至零，磁感應強度B并不沿起始磁化曲線恢復到“O”點，而是S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H=O時，B不為零，而保留剩磁Br。當磁場反向從O逐漸變至一札時，磁感應強度B消失，說明要消除剩磁，必須施加反向磁場，H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。D

圖1還表明，當磁場按HfO—Hf-HfO—H-H次序變化，相應的磁感應強度B則沿S d s D， S閉合曲線SRDS，RDS變化，這閉合曲線稱為磁滯回線。所以，當鐵磁材料處于交變磁場中時（如變壓器中的鐵心），將沿磁滯回線反復被磁化f去磁f反向磁化f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。應該說明，當初始態(tài)為H=B=O的鐵磁材料，在交變磁場強度由弱到強依次進行磁化,可以得到面積由小到大向外擴張的一簇磁滯回線，如圖2所示，這些磁滯回線頂點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率“=B，因B與H非線性，故H鐵磁材料的□不是常數(shù)而是隨H而變化（如圖3所示）。鐵磁材料的相對磁導率可高達數(shù)千乃至數(shù)萬，這一特點是它用途廣泛的主要原因之一。可以說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、矯頑力、剩磁和磁滯損耗均較小，是制造變壓器、電機、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，圖4不同鐵磁材料的磁滯回線可用來制造永磁體。以下是當時的實驗數(shù)據(jù)處理(具體的過程的步驟這里不再詳談了)[3]電容C(口F)：20 電阻R(Q)2.5 電阻R(kQ)：10 截面S(mm2)：120 1: 2 勵磁繞組N(砸)：150 測量繞組N(砸)：150 平均磁路L(mm):751 2 表一基本磁化曲線與卩一H曲線表4-7-2樣品1在不同電壓下Hm與Bm數(shù)據(jù)記錄表U/V00.51.01.21.51.8Hm/(10“3A/m)00.0440.0900.1220.1870.256Bm/10T00.0780.1340.1590.1930.220U=Bm/Hm/0.0001.4891.3031.0320.8590.765U/V2.02.22.52.83.0Hm/(10“3A/m)0.3070.3600.4440.5240.576Bm/10T0.2350.2470.2610.2710.276U=Bm/Hm/0.6860.6860.5880.5170.479

Jn.1 12 3.3 4C.5 0.□ 0.7表二.磁滯回線0.0870.0880.0880.0890.0880.0860.1320.1320.1330.1330.1320.1320.0850.0810.0710.0560.0430.0250.1310.1290.1220.1110.0980.0820.0120.0010.000-0.007-0.015-0.0150.0640.0470.0440.0240.0030.000-0.021-0.028-0.036-0.045-0.057-0.069-0.018-0.039-0.060-0.080-0.098-0.113-0.079-0.086-0.087-0.088-0.089-0.089-0.123-0.130-0.130-0.131-0.132-0.133-0.089-0.088-0.084-0.073-0.058-0.043-0.132-0.132-0.129-0.122-0.112-0.099-0.027-0.013-0.0020.0000.000-0.083-0.065-0.045-0.040-0.039通過測繪磁滯回線和磁化曲線可以判斷材料是硬磁材料還是軟磁材料，還有磁化能力等。軟磁材料的特點是：磁導率大，矯頑力小，磁滯損耗小，磁滯回線呈長條狀；硬磁材料的特點是：剩磁大，矯頑力也大，磁滯特性顯著，磁滯回線包圍的面積肥大。由于鐵磁材料磁化過程的不可逆性即具有剩磁的特點，在測定磁化曲線和磁滯回線時，首先必須對鐵磁材料預先進行退磁，保證外加磁場H=0時B=0。鐵磁材料的磁化過程是不可逆過程。鐵磁材料在外加磁場中被磁化時，外加磁場強度H與鐵磁材料的磁感應強度B的大小是非線性關系。從鐵磁材料的起始磁化曲線和磁滯回線