實(shí)驗(yàn)名稱用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線

1、實(shí) 驗(yàn) 名 稱 ：用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線姓 名學(xué) 號(hào)班 級(jí)評(píng)桌 號(hào)教 室基礎(chǔ)教學(xué)樓 120120 年分實(shí)驗(yàn)日期月日節(jié)此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教材沒(méi)有相應(yīng)內(nèi)容，請(qǐng)做實(shí)驗(yàn)前仔細(xì)閱讀本實(shí)驗(yàn)報(bào)告！并攜帶計(jì)算器，否則實(shí)驗(yàn)無(wú)法按時(shí)完成！一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 、掌握磁滯、磁滯回線、磁化曲線、基本磁化曲線、矯頑力、剩磁、和磁導(dǎo)率的的概念。2 、學(xué)會(huì)用示波法測(cè)繪基本磁化曲線和動(dòng)態(tài)磁滯回線。3 、根據(jù)磁滯回線測(cè)定鐵磁材料在某一頻率下的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩磁 Br 和矯頑力Hc 的數(shù)值。4 、研究磁滯回線形狀與頻率的關(guān)系；并比較不同材料磁滯回線形狀。二、實(shí)驗(yàn)儀器1. 雙蹤示波器2. DH4516C型磁滯回線測(cè)量?jī)x石家莊

2、鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第1頁(yè)共10頁(yè)用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線三、實(shí)驗(yàn)原理（一）鐵磁物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象鐵磁性物質(zhì)除了具有高的磁導(dǎo)率外，另一重要的特點(diǎn)就是磁滯。以下是關(guān)于磁滯的幾個(gè)重要概念1、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS、飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度H S 和磁化曲線鐵磁材料未被磁化時(shí)，H 和 B 均為零。這時(shí)若在鐵磁材料上加一個(gè)由小到大的磁化場(chǎng)，則鐵磁材料內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度H 與磁感應(yīng)強(qiáng)度B 也隨之變大， 其 B-H 變化曲線如圖1（OS）曲線所示。到 S 后， B 幾乎不隨H 的增大而增大，此時(shí)，介質(zhì)的磁化達(dá)到飽和。與S 對(duì)應(yīng)的 HS 稱飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，相應(yīng)的BS 稱飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。我們稱曲線OS為磁性材料的磁化曲線。B

3、 BSBH HHHfed圖 1 磁性材料的磁化曲線圖 2磁滯回線和磁化曲線2、 磁滯現(xiàn)象、剩磁、矯頑力、磁滯回線當(dāng)鐵磁質(zhì)磁化達(dá)到飽和后，如果使H 逐步退到零， B 也逐漸減小，但B 的減小“跟不上”H的減?。?B 滯后于 H）。即：其軌跡并不沿原曲線SO，而是沿另一曲線Sb 下降。當(dāng) H 下降為零時(shí)， B 不為零，而是等于Br ，說(shuō)明鐵磁物質(zhì)中，當(dāng)磁化場(chǎng)退為零后仍保留一定的磁性。這種現(xiàn)象叫磁滯現(xiàn)象， Br 叫剩磁。 若要完全消除剩磁B，必須加反向磁場(chǎng)， 當(dāng)B時(shí)磁場(chǎng)的值Hr=0c 為鐵磁質(zhì)的矯頑力。當(dāng)反向磁場(chǎng)繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。反向磁場(chǎng)減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。不斷地正向或反向

4、緩慢改變磁場(chǎng)，磁化曲線成為一閉合曲線，這個(gè)閉合曲線稱為磁滯回線，如圖 2 所示。石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第2頁(yè)共10頁(yè)用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線3、基本磁化曲線對(duì)于同一鐵磁材料，設(shè)開(kāi)始時(shí)呈去磁狀態(tài)，依次選取磁化電流I1、 I、.I，則相應(yīng)的磁2n場(chǎng)強(qiáng)度為 H1、H2、 .H 3，在每一磁化電流下反復(fù)交換電流方向（稱為磁鍛煉），即在每一個(gè)選定的磁場(chǎng)值下，使其方向反復(fù)發(fā)生幾次變化（如H1 - H 1 H1 - H 1. ），這樣操作的結(jié)果，是在每一個(gè)電流下都將得到一條磁滯回線，最后，可得一組逐漸增大的磁滯回線。我們把原點(diǎn)O和各個(gè)磁滯回線的頂點(diǎn)a 、a 、. 所連成的曲線稱為鐵磁材料的基本

5、磁化曲線，如圖 3 所示。12圖 3 基本磁化曲線（二）利用示波器觀測(cè)鐵磁材料動(dòng)態(tài)磁滯回線測(cè)量原理1、示波器顯示B H 曲線原理線路由上述磁滯現(xiàn)象可知，要觀測(cè)磁介質(zhì)磁滯現(xiàn)象及相應(yīng)的物理量，需要根據(jù)磁化過(guò)程測(cè)定材料內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。因此，測(cè)量裝置必須具備三個(gè)功能：提供使樣品磁化的可調(diào)強(qiáng)度的磁場(chǎng)（磁化場(chǎng)） 可跟蹤測(cè)量與磁化場(chǎng)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度 可定量顯示樣品的磁化過(guò)程圖 4 磁滯回線的測(cè)量原理圖圖 4 是利用示波器觀測(cè)鐵磁材料動(dòng)態(tài)磁滯回線測(cè)量裝置原理圖：首先將待測(cè)的鐵磁物質(zhì)制成一個(gè)環(huán)形樣品，在樣品上繞有原線圈即勵(lì)磁線圈 N1 匝，由它提供磁化場(chǎng)；在樣品上再繞副線圈即測(cè)量線圈

6、 N2 匝，由它來(lái)跟蹤測(cè)量與磁化場(chǎng)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度；由示波器石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第3頁(yè)共10頁(yè)用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線來(lái)定量顯示磁化過(guò)程。如圖 4，設(shè) L 為環(huán)形樣品的平均磁路長(zhǎng)度，若在線圈N1 中通過(guò)勵(lì)磁電流I 1 時(shí)，此電流在樣品內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H 的大小根據(jù)安培環(huán)路定律:，即：I 1R 1兩端電壓 U1為： U 1= I 1 R1=H(1)由（ 1）式可知，若將電壓U1輸入示波器X 偏轉(zhuǎn)板時(shí)，示波器上任一時(shí)刻電子束在X軸的偏轉(zhuǎn)正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度 H。為了追蹤測(cè)量樣品內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B, 在截面面積為S的樣品中纏繞副線圈N2， B可通過(guò)副線圈N2中由于磁通量變

7、化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 來(lái)測(cè)定。根據(jù)電磁感應(yīng)定律：即： =-)B=-為了獲得與 B相關(guān)聯(lián)的電壓數(shù)值（因示波器只接收電壓），在副線圈上串聯(lián)一個(gè)電阻R2與電容C，電阻 R2與電容 C構(gòu)成一個(gè)積分電路，此時(shí)=iR 2+Uc(i 為感生電流， Uc為積分電容兩端電壓) ，適當(dāng)選擇 R2與電容 C，使 R2則電容兩端的電壓Uc為：Uc=(2)由（ 2）式可知，若將電壓Uc輸入示波器的 Y偏轉(zhuǎn)板，示波器上任一時(shí)刻電子束在Y軸的偏轉(zhuǎn)正石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第4頁(yè)共10頁(yè)用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線比于樣品中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。這樣，當(dāng)示波器處于X-Y狀態(tài)， X偏轉(zhuǎn)板接 U1， Y偏轉(zhuǎn)板接 U c，示波器

8、屏上即可顯示磁化過(guò)程。2、示波器的定標(biāo)為了定量研究磁化曲線、磁滯回線，必須對(duì)示波器定標(biāo)。即：確定示波器的X軸的每格代表多少 H值 (A/m) ，Y軸每格代表多少 B(T) 。在示波器 X偏轉(zhuǎn)板上 UX、 Y偏轉(zhuǎn)板 UY可準(zhǔn)確測(cè)量，且R1、 R2、 C都為已知的標(biāo)準(zhǔn)元件的情況下，設(shè)Sx為示波器 X軸的電壓靈敏度,X 為水平方向的位移格數(shù)；SY為示波器 Y軸的電壓靈敏度，Y為垂直方向的位移格數(shù)；則：UX=Sx X；UY=SYY(3)將（ 3）代入（ 1）、（ 2）得：H=B=四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(4)(5)( 一)熟悉示波器并測(cè)量信號(hào)源輸出信號(hào)的周期1、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備將“動(dòng)態(tài)法磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀”頻率輸出調(diào)節(jié)為1

9、00Hz，幅度值適中；示波器處于測(cè)量信號(hào)波形狀態(tài)，使示波器輝度適中；調(diào)節(jié) X、 Y 位移旋鈕使光點(diǎn)居中用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)校準(zhǔn)示波器 X、 Y 軸靈敏度旋鈕，（ 注意：三個(gè)微調(diào)旋鈕逆時(shí)針旋到底 ）請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫(huà)出信號(hào)源輸出信號(hào)的波形圖，并計(jì)算其周期：石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第5頁(yè)共10頁(yè)用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線( 二 ) 顯示和觀察兩種樣品在 25Hz、50Hz、 100Hz、 150Hz 交流信號(hào)下的磁滯回線圖形1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1）按圖 4 所示的原理線路檢查接線連接是否正確2）逆時(shí)針調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)”旋鈕到底，使信號(hào)輸出最小。3）調(diào)示波器顯示工作方式為X-Y 方式。示波器 X 輸入為 AC 方式

10、，測(cè)量采樣電阻R1 的電壓 U1；示波器 Y 輸入為 DC 方式，測(cè)量積分電容的電壓U c。4）接通示波器和 DH4516C 型動(dòng)態(tài)磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀電源，適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器輝度及X、Y 位移旋鈕使光點(diǎn)居中。2、顯示和觀察兩種樣品的交流信號(hào)下的磁滯回線圖形（先測(cè)量樣品1）1）單調(diào)增加磁化電流，即緩慢順時(shí)針調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)”旋鈕，使示波器顯示的磁化曲線上B 值增加緩慢，達(dá)到飽和。改變示波器上X、 Y 軸的靈敏度 , 調(diào)節(jié) R1 、R2 的大小，使示波器顯示出典型美觀的磁滯回線圖形。2）分別觀測(cè)頻率為25.0Hz 、50.0Hz 、100.0Hz 、150.0Hz ，不同頻率下的磁滯回線形狀（注意：由于鐵磁

11、材料的磁化狀態(tài)與磁化歷史有關(guān)，磁滯回線又與其起始端點(diǎn)的磁化狀態(tài)有關(guān)。觀測(cè)每一頻率下的磁滯回線前，必須使幅度值降為零。否則，觀測(cè)無(wú)意義）。3）換樣品2 重復(fù)上述過(guò)程結(jié)論：1、（樣品 1）磁滯回線形狀與信號(hào)頻率關(guān)系：。2、（樣品 2）磁滯回線形狀與信號(hào)頻率關(guān)系：。3、樣品 1、樣品 2 磁滯回線形狀比較：。( 三) 測(cè)量樣品 1、 2 的矯頑力、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS、飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度H S 和磁滯回線( 本實(shí)驗(yàn)裝置使用交變電流，所以每個(gè)狀態(tài)都是經(jīng)過(guò)充分的“磁鍛煉” ，隨時(shí)可以獲得磁滯回線。只要調(diào)節(jié)示波器上 X、 Y 軸的靈敏度 , 調(diào)節(jié) R1、 R2 的大小，使示波器顯示出典型美觀的磁滯回線圖形，即可測(cè)

12、量矯頑力、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS、飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度HS。 )石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第6頁(yè)共10頁(yè)用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫(huà)出樣品1的磁滯回線并測(cè)量矯頑力 HC、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS和飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 HS1、樣品 1測(cè)量數(shù)值記錄表 （ 信號(hào)源頻率取 100Hz ； R1=R2=Sx=Sy=）表 1（參數(shù)： L=0.130m ， S=1.24× 10-4 m2， N 1=100 ，N 2=100C=1.0× 10-6F）序號(hào)1234567891011X/ 格5.004.003.002.001.000-1.00-2.00-3.00-4.00-5.00H/（A/m ）Y

13、1/格Y2/格B1/mTB2/mT計(jì)算HS =；BS =；HC=2、樣品 1磁滯回線圖形3、樣品 2 測(cè)量數(shù)值記錄表表 2 (參數(shù)如上；信號(hào)源頻率取100Hz； R1=R2=Sx =Sy=)序號(hào)1234567891011X/ 格5.004.003.002.001.000-1.00-2.00-3.00-400-5.00H/（A/m ）Y1/格Y2/格石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第7頁(yè)共10頁(yè)用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線B1/mTB2/mT計(jì)算HS =；BS =；HC=4、樣品 2磁滯回線圖形（四）測(cè)量樣品的基本磁化曲線（選擇樣品1）先將樣品退磁，然后從零開(kāi)始不斷增大電流，記錄各磁滯回線頂點(diǎn)的B和H值，（注意基本磁化曲線與磁化曲線的不同）表 3 樣品 1 的基本磁化曲線數(shù)據(jù)序號(hào)12345678910X/ 格00.51.01.52.02.53.03.54.05.0H/（A/m ）Y/ 格B/mT樣品 1 基本磁化曲線石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第8頁(yè)共10頁(yè)用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線五、預(yù)習(xí)