1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報告 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： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 座位號： 實(shí)驗(yàn)時間： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1. 認(rèn)識鐵磁物質(zhì)的磁化規(guī)律，比較兩種典型的鐵磁物質(zhì)的動態(tài)磁化特性。 2. 測定樣品的基本磁化曲線，作H曲線。3. 測定樣品的HD、Br、BS和（HmBm）等參數(shù)。4. 測繪樣品的磁滯回線，估算其磁滯損耗。2、 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，即磁化場作用停止后，鐵磁

2、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與磁化場強(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BHO，當(dāng)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(dāng)H增至HS時，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，B不為零，而保留剩磁Br。當(dāng)磁場反向從O逐漸變至HD時，磁感

3、應(yīng)強(qiáng)度B消失，說明要消除剩磁，必須施加反向磁場，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)磁場按HSOHD-HSOHDHS次序變化，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B則沿閉合曲線變化，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中時（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2 同一鐵磁材料的 一簇磁滯回線圖1 鐵磁質(zhì)起始磁化 曲線和磁滯回線圖 3 鐵磁材料與H并系曲線 應(yīng)該說明，當(dāng)初始態(tài)為HBO的鐵磁材料

4、，在交變磁場強(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，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）。鐵磁材料的相對磁導(dǎo)率可高達(dá)數(shù)千乃至數(shù)萬，這一特點(diǎn)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(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)，可用來制造永磁體。 圖5 實(shí)驗(yàn)線路圖 4 不同鐵磁材料的磁

5、滯回線 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) L為樣品的平均磁路 （1）(1)式中的N1、L、均為已知常數(shù)，所以由可確定H。 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 (2)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向電容的充電電量為Q，則

6、 如果選取足夠大的R2和C，使i2R2Q/C，則 (3)由（2）、（3）兩式可得 （4）上式中C、R2、n和S均為已知常數(shù)。所以由UB可確定B0 綜上所述，將圖5中的UH和UB分別加到示波器的“X輸入”和“Y輸入”便可觀察樣品的BH曲線；如將UH和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BS、剩磁Rr、矯頑力HD、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(shí)驗(yàn)儀電源，對試樣進(jìn)行退磁，即順時針方向轉(zhuǎn)動“

7、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，確保樣品處于磁中性狀態(tài)，即BH0，如圖6所示。圖6 退磁示意圖 圖7 UB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U2.2V，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U0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(diǎn)的連線就是樣品的基本磁化曲線，借助長余

8、輝示波器，便可觀察到該曲線的軌跡。5. 觀察、比較樣品1和樣品2的磁化性能。6. 測繪H曲線：仔細(xì)閱讀測試儀的使用說明，接通實(shí)驗(yàn)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U0.5，1.03.0V時的十組Hm和Bm值，作H曲線。7. 令U3.0V，R12.5測定樣品1的BS,Rr,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BH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)：20 電阻R1()：2.5 電阻R2(k)：10 截面S(mm2)： 80勵磁繞組N1(匝)：150 測量繞組N2(匝)：150 平

9、均磁路L(mm)：60 表一 基本磁化曲線與H曲線U（V）H104安/米B102特斯拉B/H享利/米0.50.0.0.001251.00.010.0.1.20.0120.0.1.50.0.001750.1.80.0240.0020.2.00.0.002250.2.20.0.00250.000752.50.0.0.2.80.050.0.3.00.0.0030. 表二.磁滯回線 U=1.2V R1=2.5歐姆 HD=43.33 Br=0.083 Bm=0.11 NOH104A/mB102TNOH104A/mB102T1-120-0.9-33.0.21200.10-33.-0.1300.1133.0.140-0.1233.-0.5-46.01366.0.643.01466.0.7-66.-0.15-400.8-66.-0.116600.五、誤