物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告2_用示波器測(cè)動(dòng)態(tài)磁滯回線

1、.實(shí)驗(yàn)名稱：用示波器測(cè)動(dòng)態(tài)磁滯回線實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篴研究鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線b了解采用示波器測(cè)動(dòng)態(tài)磁滯回線的原理；c利用作圖法測(cè)定磁性材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs 、剩磁 Br 、矯頑力 H c 的值。實(shí)驗(yàn)儀器：V252 雙蹤示波器、自耦變壓器、隔離變壓器、互感器毫安表、電容等。實(shí)驗(yàn)原理和方法：鐵磁材料除了具有高的導(dǎo)磁率外，另一重要的特點(diǎn)就是磁滯。當(dāng)材料磁化時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 不僅與當(dāng)時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 有關(guān)，而且與以前的磁化狀態(tài)有關(guān)。如右圖所示， 曲線 OA 表示鐵磁材料從沒有磁性開始磁化，磁感應(yīng)強(qiáng)度B 隨 H 增加，稱為磁化曲線。當(dāng)H 增加到某一值H S 時(shí)， B 的增加速度將極其緩慢。和前段曲線相

2、比，可看成B 不再增加，即達(dá)到磁飽和。當(dāng)磁性材料磁化后， 如 H 減小， B 將不沿原路返回，而是沿另外一條曲線 Ar 下降。如果 H 從 H S 變到 H S ，再?gòu)?H S 變回 H S ，B 將隨 H 變化而形成一條磁滯回線。其中當(dāng) H 0 時(shí)， BBr 。 Br 稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。要使磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，就必須加一反向磁場(chǎng)H c ， H c 稱為矯頑力。按一般分類，矯頑力小的稱為軟磁材料，大的稱為硬磁材料。必須注意的是：反復(fù)磁化（H SH SH S ）的開始幾個(gè)循環(huán)內(nèi)，每次循環(huán)的回路才相同，形成一個(gè)穩(wěn)定的磁滯回線。只有經(jīng)過“磁鍛煉”后所形成的磁滯回線，才能代表該材料的磁滯性質(zhì)。由以上可知

3、，要測(cè)定材料的磁滯回線，需要根據(jù)磁化過程測(cè)定材料內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 及其相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B。磁性材料的磁滯回線能較全面地反應(yīng)該材料的磁特性，譬如剩磁 Br 、矯頑力 H c 等。因此，實(shí)用上常常借助磁滯回線來粗略了解材料的磁特性。測(cè)量磁滯回線的基本線路圖如下圖所示：.將樣品制成封閉的圓環(huán)，均勻地以磁化線圈N1 環(huán)繞，用直流電產(chǎn)生磁場(chǎng)使樣品磁化，利用換向開關(guān)使磁化電流突然轉(zhuǎn)向，樣品中的B 也隨之改變，通過副線圈N 2 和沖擊電流計(jì)BG測(cè)出B ，從而能測(cè)出磁化曲線及磁制曲線（B H 關(guān)系曲線）。此處是用直流電源進(jìn)行工作，所得到的關(guān)系曲線是靜態(tài)的。本實(shí)驗(yàn)用交流電代替直流電進(jìn)行磁化，而且用示波器代替

4、沖擊電流計(jì)來觀察和測(cè)量。這個(gè)結(jié)果與靜態(tài)的是不相同的，為了區(qū)別，稱之為“動(dòng)態(tài)的” 。由于靜態(tài)的磁滯回線所包圍的面積與磁滯損耗成正比，而實(shí)驗(yàn)用交流電磁化所得的回線包圍的面積，不僅包括磁滯損耗，而且還包括渦流損耗，因此，動(dòng)態(tài)的回線一般比靜態(tài)的要大一些。本實(shí)驗(yàn)所用線路圖如下圖所示：在樣品的原邊線圈上，取樣電阻R1 與線圈 N1 串聯(lián)，并加以交流電壓U，將 R1 兩端電壓信號(hào) U 1 加在示波器的X 輸入端上。在樣品副邊路上接以RC 線路， 將電容兩端由感應(yīng)引起的電信號(hào)U c 加在示波器的Y 輸入端上。 要是示波器的 X 與 Y 端放大不失真， 且保持 X 與 Y 兩輸入端沒有初始相位差， 那么在示波器

5、上就可以得到待測(cè)樣品的磁滯回線圖像。.但是必須考慮一個(gè)問題，那就是示波器的X 輸入端 U 1 是否和磁化電流（或磁場(chǎng)強(qiáng)度H）成正比，而示波器的Y 輸入 U c 又與樣品的B 成正比，并且要一一對(duì)應(yīng)，否則熒光屏上所得的圖像將不是樣品的磁滯回線。1. U 1 與磁場(chǎng)強(qiáng)度 H成正比的問題設(shè)樣品的中心長(zhǎng)度為L(zhǎng)，原邊線圈（即磁化線圈） 的匝數(shù)為N1 ，I 1 為磁化電流的大小 （交流電），則有：H N1 I 1 L而U 1R1 I 1R1 L HN1其中， L， N 1 均為常數(shù)?？梢姡琔 1 的確與 H 成正比。2. U c 與 B 成正比的問題首先，設(shè)副線圈匝數(shù)為N 2 ，樣品的橫截面積為A，則根據(jù)

6、電磁感應(yīng)定律應(yīng)激起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2 為 2N 2 A dBdt進(jìn)而分析2 加在 Rc 電路上的情況。若電容器的電量為Q，電容量為 C，很明顯有2R2 I 2QC如果與 C 都選得很大時(shí)，則2R2 I 2I 2dQd (U C )Cdtdt由以上兩式得：d (U C )2R2Cdt則2R2Cd (U C )N 2 AdBdtdt經(jīng)積分、整理后有BR2 C U CN 2 A.式中： R2 ， C， N 2 ，A 均為常數(shù)?？梢姡築 與 U c 成正比；只要選取R2 與 C 足夠大，在熒光屏上是可以得到樣品的磁滯回線的。在實(shí)踐中，為了使原副邊路上的電壓盡可能接近正弦波形，將原邊上的特意選取為一個(gè)小值電

7、阻 （ R12 ）；其次為了操作安全，在原邊線圈上加入一個(gè)隔離變壓器T 以避免直接與交流電源 U相接；同時(shí)應(yīng)用調(diào)壓器D 使電源電壓大小可調(diào)（以控制磁化電流的大小），由此稱為一個(gè)實(shí)際可用的實(shí)驗(yàn)線路，如下圖所示：待測(cè)樣品S 實(shí)際上是一個(gè)特制的小變壓器。為了確定回線上所反映的幾個(gè)參數(shù)，如矯頑力、剩磁、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度等量的大小，就必須知道示波器光點(diǎn)偏移一個(gè)單位實(shí)際代表了多少安 / 米（ H）或特斯拉（ B），即所謂進(jìn)行標(biāo)定。（ 1） H 值的標(biāo)定利用下圖所示的線路：利用毫安表A 以讀出流過R1 的電流大?。ń涣麟姡?，R 的作用是為了避免一開始有過大電流流經(jīng)毫安表而超過它的量程。當(dāng)A 的讀數(shù)為時(shí)，其峰

8、值應(yīng)為2I 10 。此時(shí)在示波器上所呈現(xiàn)的橫線（即 X 偏轉(zhuǎn)）對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，可用下式計(jì)算：H 0N 12I 10L.（ 2） B 值的標(biāo)定利用下圖所示的線路：其基本出發(fā)點(diǎn)是用一個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)互感器M代替待測(cè)樣品，從而求出其對(duì)應(yīng)的關(guān)系。流經(jīng)互感器原邊的電流I OM （交流）可用毫安表A 讀出，則互感器副邊的輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) M 為MdI OMMdt此時(shí)電容器 C 上兩端的電壓 U c 根據(jù)式 2d (U C )可得（忽略負(fù)號(hào)） ：R2 CdtdI OMd(U C )MR2Cdtdt積分，得U CMI OMR2 C考慮到 I OM 的峰值，有BM2 I OMN 2 A實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：1. 觀察動(dòng)態(tài)

9、磁滯回線的全貌a按“觀察動(dòng)態(tài)磁滯回線接線圖”接線，毫安表A 置 200 mA 擋，待輔導(dǎo)教師檢查線路后再接通電源；b將示波器原點(diǎn)調(diào)出中央，磁化電流逐漸加大到160 mA 左右，不得超過200 mA ，此時(shí)已趨向飽和。適當(dāng)調(diào)整X 軸增幅與Y 軸增幅，以觀察動(dòng)態(tài)磁滯回線的變化及其全貌。.2. 測(cè)動(dòng)態(tài)磁化曲線（即各動(dòng)態(tài)磁滯回線定點(diǎn)的連線）及磁滯回線a確定核實(shí)的X 與 Y 的增幅大小，磁化電流選定在達(dá)到磁飽和的值上（200 mA 以下）；b退磁。利用調(diào)壓器使磁化電流從最大緩慢降為零，退磁完畢；c. 繪制動(dòng)態(tài)磁化曲線。逐漸增大磁化電流，記錄各相應(yīng)的回線定點(diǎn)的坐標(biāo)，一直增大至事先確定的磁化電流的值為止；d記錄此時(shí)回線（接近磁飽和）各點(diǎn)的坐標(biāo)（不少于20 個(gè)點(diǎn)），特別注意回線的頂點(diǎn)、剩磁與矯頑力3 個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。3. 標(biāo)定 H 與 B 值注意示波器的X 與 Y 增幅和衰減倍數(shù)絕對(duì)不能改變，否則將失掉標(biāo)定的意義。參數(shù)及數(shù)據(jù)記錄：見附表.思考題：1導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是什么？答：導(dǎo)熱系數(shù)是反映材料的導(dǎo)熱性能的重要參數(shù)之一。2實(shí)驗(yàn)中采用什么方法來測(cè)量不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)？答：穩(wěn)態(tài)法。3本實(shí)驗(yàn)得熱電偶測(cè)溫度為