大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-磁滯回線研究

磁滯回線研究班級(jí)姓名學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篴.研究磁性材料的動(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B,磁場(chǎng)強(qiáng)度H實(shí)驗(yàn)儀器：普通型磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀DH4516。實(shí)驗(yàn)原理：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)，而且決定于磁化的歷史情況，如圖-1所示。曲線OA表示鐵磁材料從沒(méi)有磁性開始磁化，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨H的增加而增加，稱為磁化曲線。當(dāng)H增加到某一值HS時(shí)，B幾乎不再增加，說(shuō)明磁化已到達(dá)飽和。材料磁化后，如使H減小，B將不沿原路返回，而是沿另一條曲線ACA下降。當(dāng)H從-HS增加時(shí)，B將沿A’C’A曲線到達(dá)A，形成一閉合曲線稱為磁滯回線，其中H=0時(shí)，，Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。要使磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零，就必須加一反向磁場(chǎng)-Hc,Hc稱為矯頑力。為了使樣品的磁特性能重復(fù)出現(xiàn)，也就是指所測(cè)得的根本磁化曲線都是由原始狀態(tài)〔H=0,B=0〕開始，在測(cè)量前必須進(jìn)行退磁，以消除樣品中的剩余磁性。1.示波器測(cè)量磁滯回線的原理圖-2所示為示波器測(cè)動(dòng)態(tài)磁滯回線的原理電路。將樣品制成閉合的環(huán)形，然后均勻地繞以磁化線圈N1及副線圈N2，即所謂的羅蘭環(huán)。交流電壓u加在磁化線圈上，R1為取樣電阻，其兩端的電壓u1加到示波器的x軸輸入端上。副線圈N2與電阻R2和電容串聯(lián)成一回路。電容C兩端的電壓u加到示波器的y輸入端上?！?〕ux(x軸輸入)與磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比，假設(shè)樣品的品均周長(zhǎng)為，磁化線圈的匝數(shù)為N1，磁化電流為i1〔瞬時(shí)值〕，根據(jù)安培環(huán)路定理，有H=N1i1,而，所以〔1〕由于式中R1、和N1皆為常數(shù)，因此，該式清楚地說(shuō)明示波器熒光屏上電子束水平偏轉(zhuǎn)的大小〔u1〕與樣品中的磁場(chǎng)強(qiáng)度〔H〕成正比?！?〕uC〔y軸輸入〕在一定條件下與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比設(shè)樣品的截面積為S，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在匝數(shù)為N2的副線圈中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為〔2〕此外，在副線圈回路中的電流為i2且電容C上的電量為q時(shí)，又有〔3〕考慮到副線圈匝數(shù)N2較小，因而自感電動(dòng)勢(shì)未加以考慮，同時(shí)，R2與C都做成足夠大，使電容C上的電壓降〔uc=q/C〕比起電阻上的電壓降R2i2小到可以忽略不計(jì)。于是式〔3〕可以近似的改寫為〔4〕將關(guān)系式代入式〔4〕，得〔5〕將上式與式〔2〕比擬，不考慮其負(fù)號(hào)〔在交流電中負(fù)號(hào)相當(dāng)于相位差±π〕時(shí)，應(yīng)有將兩式兩邊對(duì)時(shí)間積分，由于B和uc都是交變的，故積分常數(shù)為0。整理后得〔6〕由于N2、S、R2和C皆為常數(shù)，因此該式說(shuō)明了示波器的熒光屏上豎直方向偏轉(zhuǎn)的大小〔uc〕與此干起那股〔B〕成正比。由此可見(jiàn)，在磁化電流變化的一周期內(nèi)，示波器的光點(diǎn)將描繪出一條完整的磁滯回線，并在以后每個(gè)周期都重復(fù)此過(guò)程，這樣在示波器的熒光屏上將看到一穩(wěn)定的磁滯回線圖線。〔3〕測(cè)量標(biāo)定本實(shí)驗(yàn)不僅要求能用示波器顯示出待測(cè)材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線，而且要能使用示波器定量觀察和分析磁滯回線。因此，在實(shí)驗(yàn)中還需確定示波器熒光屏上x軸〔即H軸〕的每一小格實(shí)際代表多少磁場(chǎng)強(qiáng)度，y軸〔即B軸〕的每一小格實(shí)際代表多少磁感應(yīng)強(qiáng)度，這就是測(cè)量標(biāo)定問(wèn)題。1〕x軸〔H軸〕標(biāo)定x軸標(biāo)定操作的目的是標(biāo)定H。具體而言就是確定示波器熒光屏x軸〔即H軸〕的每一小格實(shí)際代表多少磁場(chǎng)強(qiáng)度。由式〔1〕可見(jiàn)，假設(shè)設(shè)法測(cè)出光點(diǎn)沿x軸偏轉(zhuǎn)的大小與電壓u1的關(guān)系，就可確定H。具體標(biāo)定H的線路圖如圖-4所示。其中交流電表A用于測(cè)量ν0(請(qǐng)注意A的指示是i0的有效值I0)。調(diào)解I0使熒光屏上水平線長(zhǎng)度為Mx格，它對(duì)應(yīng)于u1且為峰峰值，即，因此，每一小格所代表的u1的值為。這樣由式〔1〕就可知熒光屏每一小格所代表的磁場(chǎng)強(qiáng)度H是〔7〕值得注意的是，標(biāo)定線路中應(yīng)將被測(cè)樣品去掉，而代之以一純電阻R0。這主要是因?yàn)楸粶y(cè)樣品室鐵磁材料，它的B和H的關(guān)系是非線性的，從而使電路中的電流產(chǎn)生非正弦形畸變。R0起限流作用，標(biāo)定操作中應(yīng)使I0不超過(guò)R0允許的電流。2〕y軸〔B軸〕標(biāo)定y軸標(biāo)定操作的目的是標(biāo)定B，具體而言就是確定y軸〔B軸〕的每一小格實(shí)際代表多少磁感應(yīng)強(qiáng)度。具體標(biāo)定B的線路如圖-5所示。圖中M是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)互感器。流經(jīng)互感器原邊的瞬時(shí)電流為i0，那么互感器副邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E0為類似于式〔5〕，又有對(duì)上式兩邊積分，可得〔8〕由于A測(cè)出的是i0的有效值I0，所以對(duì)應(yīng)于uc的有效值UC，有而相應(yīng)的峰峰值為。假設(shè)此時(shí)對(duì)應(yīng)uc峰峰值的垂直線總長(zhǎng)主度為My，那么根據(jù)〔6〕可得，y軸每一小格所代表的磁感應(yīng)強(qiáng)度為〔9〕應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)中，不要使I0超過(guò)互感器所允許的額定電流值。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1．儀器的調(diào)節(jié)按圖-3所示線路接線，調(diào)節(jié)示波器，使光點(diǎn)調(diào)至熒光屏正中心。調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器，從零開始逐步增大磁化電流，使磁滯回線上的B值能到達(dá)飽和。示波器的x、y軸衰減置“1〞擋，可適當(dāng)調(diào)整x、y的增幅，使熒光屏上得到大小適中的磁滯回線。記住此時(shí)磁化電流I的大小。2．量動(dòng)態(tài)磁滯回線(1).樣品退磁，把調(diào)壓器的輸出電壓從最大值緩慢調(diào)至零，樣品即被退磁。(2).將電流調(diào)至I，以每小格為單位測(cè)假設(shè)干組B、H的坐標(biāo)值。記住回線頂點(diǎn)〔A〕、剩磁〔Br〕、矯頑力〔Hc〕三個(gè)點(diǎn)的讀數(shù)〔注意此后，示波器的x軸增幅，y軸增幅絕對(duì)不要改變，以便進(jìn)行H、B標(biāo)定〕。(3).標(biāo)定H和B，分別按圖-4、圖2.3.2-5接線。(4).測(cè)磁化曲線，即測(cè)量大小不同的各個(gè)磁滯回線的頂點(diǎn)的連接。(5).改變磁化電流的頻率，觀察磁滯回線的