南昌大學(xué)鐵磁材料的磁滯回線(xiàn)和基本磁化曲線(xiàn)

1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：鐵磁材料的磁滯回線(xiàn)和基本磁化曲線(xiàn)學(xué)院：專(zhuān)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：9一、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(xiàn)，作 卩一H曲線(xiàn)。3. 測(cè)定樣品的HD、Br、壓和（Hm- B）等參數(shù)。4. 測(cè)繪樣品的磁滯回線(xiàn)，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)率卩很高。另一特征是磁滯，即磁化場(chǎng)作用停止后，鐵磁質(zhì)仍保留磁化狀態(tài)，圖

2、 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(xiàn)。圖中的原點(diǎn) 0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(kāi)始增加時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B隨之緩慢上升，如線(xiàn)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增至氣時(shí)，B到達(dá) 飽和值Bs, oabs稱(chēng)為起始磁化曲線(xiàn)。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(xiàn)恢復(fù)到“O'點(diǎn)，而是沿另一條新的曲線(xiàn)SR下降，比較線(xiàn)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(chēng)為磁滯，磁滯的明顯特征是當(dāng)H= 0時(shí)，B不為零，而保留剩磁 Br。當(dāng)磁場(chǎng)反向從

3、 0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(chēng)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(xiàn)段RD稱(chēng)為退磁曲線(xiàn)。圖1還表明，當(dāng)磁場(chǎng)按 HsO-HsTO Hd> HS次序變化，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B則沿閉合曲線(xiàn) SRDS R D S變化，這閉合曲線(xiàn)稱(chēng)為磁滯回線(xiàn)。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(xiàn)反復(fù)被磁 化去磁反向磁化反向去磁。在此過(guò)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(chēng)為磁 滯損耗，可以證明，磁滯損耗與磁滯回線(xiàn)所圍面積成正比。圖2同一鐵磁材料的一簇磁滯回線(xiàn)圖3鐵磁材料與H并系曲應(yīng)該說(shuō)明，當(dāng)初始態(tài)

4、為 H= B=O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(xiàn)，如圖 2所示，這些磁滯回線(xiàn)頂點(diǎn)的連線(xiàn)稱(chēng)為鐵磁材料的基本磁化曲線(xiàn)，由此可近似確定其磁導(dǎo)率卩=B，因B與H非線(xiàn)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。可以說(shuō)磁化曲線(xiàn)和磁滯回線(xiàn)是鐵磁材料分類(lèi)和選用的主要依據(jù)，圖4為常見(jiàn)的兩種典型的磁滯回線(xiàn)，其中軟磁材料的磁滯回線(xiàn)狹長(zhǎng)、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(xiàn)較寬，矯頑力大，剩磁強(qiáng)，可用來(lái)制造永

5、磁體。圖4不同鐵磁材料的磁滯回線(xiàn)圖5實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路觀察和測(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。Ri為勵(lì)磁電流取樣電阻，設(shè)通過(guò)N的交流勵(lì)磁電流為i，根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場(chǎng)強(qiáng)H二N* L為樣品的平均磁路L.Ui iRiN1H 1 JUh( 1)LR 1(1)式中的Ni、L、R1均為已知常數(shù)，所以由Uh可確定Ho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R2C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(cè)量線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)的大小為d®；2 = n dtJ . ；2dtn護(hù)

6、 1B2dtS 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£2 = i 2R 2U B式中i2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)，i2向電容C2的充電電量為 Q則Lb，"”£2 = i 2 R 2如果選取足夠大的R和C,使i 2R>> Q/C，- i2 R2-i2 dQC dUBC 2 dtdt.£ 二C2R2dLBdt由（2）、（ 3）兩式可得SLb上式中C皿、n和S均為已知常數(shù)。所以由綜上所述，將圖5中的LH和LB分別加到示波器的“ X輸入”和“ Y輸入”便可觀察樣品的 LB加到測(cè)試儀的信號(hào)輸

7、入端可測(cè)定樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩磁R、矯頑力Hd磁滯損耗參數(shù)。Ub可確定BoB- H曲線(xiàn)；如將LH和WBH以及磁導(dǎo)率 等三、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(xiàn)路，并令Ri = 2.5 Q, “ U選擇”置于 0 位。LH和LB分別接示波器的“ X輸入”和“ Y輸入”，插孔丄為公共端。2. 樣品退磁：開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)儀電源，對(duì)試樣進(jìn)行退磁，即順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)“U選擇”旋鈕，令 U從0增至3V,然后逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)旋鈕，將 U從最大值降為 0,其目的是消除剩磁，確保樣品處于磁中性狀態(tài)，即B= H= 0,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.

8、 觀察磁滯回線(xiàn)：開(kāi)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(xiàn)（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(xiàn)，按步驟2對(duì)樣品進(jìn)行退磁，從 U= 0開(kāi)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(xiàn)。這些磁滯回線(xiàn)頂點(diǎn)的連線(xiàn)就是樣品的基本磁化曲線(xiàn)，借助長(zhǎng)余輝示波器，便可觀察到該曲線(xiàn)的軌跡。5. 觀察、比較樣品1和樣品2的磁化性能。6. 測(cè)繪卩一H曲線(xiàn)：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(xiàn)。開(kāi)啟電源，對(duì)樣品進(jìn)行退 磁后，依次

9、測(cè)定 U= 0.5 , 1.03.0V時(shí)的十組 從和Bm值，作H曲線(xiàn)。7. 令 U= 3.0V , Ri= 2.5 Q 測(cè)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 B- H曲線(xiàn)（如何取數(shù)？取多少組數(shù)據(jù)？自行考慮），并估 算曲線(xiàn)所圍面積。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理：電容 C1（卩 F） : 20電阻 R（ Q ） : 2.5電阻 M（k Q ） : 10截面 S（mrn） : 80勵(lì)磁繞組N1（匝）：150測(cè)量繞組Nb（匝）：150平均磁路L（mm）: 60表一基本磁化曲線(xiàn)與卩-H曲線(xiàn)U（ V）HX 104安/米BX 102特斯拉 =B/H享利/

10、米0.50.0053333330.0006666670.001251.00.010.0010833330.0010833331.20.0120.0014166670.0011805561.50.00.001750.00093751.80.0240.0020.0008333332.00.00.002250.0007670452.20.00.00250.000752.50.00.0026666670.0006153852.80.050.0028333330.0005666673.00.00.0030.000529412B-HD.0014 0 00120 001 0.0006 0.0006 0 0004 QD002H/Q斗A* WIT表二.磁滯回線(xiàn)U=1.2VR1=2.5歐姆Hd=43.33Br=0.083Bm= 0.11NO4HX10 A/m2BX 10TNO4H<10 A/mBX 10亍1-120-0.39-33.0.021200.310-33.-0.1300.01133.0.140-0.01233.-0.05-46.01366.0.0643.01466.0.77-66.-0.015-400.0