物理实验指导书：磁化曲线和磁滞回线.doc

海量资料 超值下载磁化曲线和磁滞回线一、实验目的 1、通过实验研究铁质材料性质并掌握用示波器观察磁化曲线和磁滞回线的基本测绘方法。2、从理论利实际应用上加深对材料磁特性的认识。二、实验原理 1、铁材料的磁滞现象 铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H与磁感应强度B之间的关系的特征。将一块未被磁化的铁磁材料放在磁场中进行磁化，当磁场强度H由零增加时，磁感应强度B由零开始增加。H继续增加，B增加缓慢，这个过程的B-H曲线称为起始磁化曲线，如图1中的oa段所示。 当磁场强度H减小，B也跟着减小，但不按起始磁化曲线原路返回，而是沿另一条曲线 (图1中)ab段下降，当H返回到零时，B不为零，而保留一定的值Br，即铁磁材料仍处于磁化状态，通常Br称为磁材料的剩磁。 将磁化场反向，使磁场强度负向增加，当H达到某一值Hc时，铁磁材料中的磁感应强度才为零，这个磁场强度Hc称为磁材料的矫顽力。继续增加反向磁场强度，磁感应强度B反向增加。如图1 cd段所示。当磁场强度由-Hm增加到Hm时，其过程与磁场强度从Hm减小到-Hm过程类似。这样形成一个闭合的磁滞回线。逐渐增加H的值，可以得到一系列的逐渐增大的磁滞回线，如图2所示。把原点与每个磁滞回线的顶端，a1，a2，a3，连接起来即得到基本磁化曲线。如图2中oa段所示。当Hm增加到一定程度时，磁滞回线两端较平，即H增加，B增加很小，在此时附近铁磁材料处于饱和状态。基本磁化曲线上的点与原点连线的斜率称为磁导率，在给定磁场强度条件下表征单位H所激励出的磁感应强度B，直接表示材料磁化性能强弱。从磁化曲线上可以看出磁导率并不是常数。当铁磁材料处于饱利状态时，磁导率减小较快。曲线起始点对应的磁导率称为初始磁导率。磁导率的最大值称为最大磁导率。这两者反映H曲线的特点，如图3所示。 2、示波器显示样品磁滞回线的实验原理及电路只要设法使示波器X轴输入正比于被测样品中的H，使Y轴输入正比于样品的B，保持 H和B为样品中的原有关系就可在示波器荧光屏上如实地显示出样品的磁滞回线。怎样才能使示波器的X轴输入正比于H，Y轴输入正比于B呢?图4为测试磁滞回线的原理图。L为被测样品的平均长度(虚线框)R1，R2为电阻，C为电容。Nl、N2分别为原，副边匝数，由输入交变电压U1和安培环路定理得到磁场强度：由上式知道加到示波器X轴的电压U1能够反映H。交变的H样品中产生交变的磁感应强度B。假设被测样品的截面积是S，穿过该截面的磁通=BS，由法拉第电磁感应定律可知，在副线圈中将产生感应电动势=，我们选取足够的RC，根据电磁感应定律，我们最后得到：，表明电容器上的电压能反映B。三、实验步骤 1、将磁滞回线组合实验仪与示波器按实验原理图(参考使用说明书面板示意图)连接，打开实验仪和示波器电源开关，注意此时不要调动示波器的任何一处。 2、将实验仪交流电压幅度调节旋钮调到中间某个位置，此时示波器将展示出一磁滞回线的曲线。 3、调节实验仪的交流电压幅度调节旋钮，观察示波器上磁滞回线的形状的大小随之改变的现象。 4、调节实验仪的交流电压幅度调节旋钮，使示波器上的磁滞回线形状为最大(即饱和磁滞回线)，然后再调节实验仪的交流电压幅度调节旋钮，使输入到试样上的电压为最小值(0V)，此时，示波器上的磁滞回线形状仅为一个光点。(此步骤的作用是使被测样品退磁) 5、调节示波器的X，Y位移使光点呈现在坐标网格中心(以保证曲线的对称性)。 6、调节实验仪的交流电压幅度调节旋钮，逐渐增加输出电压幅度，确定磁滞回线顶点的坐标，并记录之。注意：(1)输出电压幅度在0一Umax之间调节时必须单调增加。(2)至少记录5个顶点的坐标。 7、测绘饱和磁滞回线上的特殊坐标，开记录之。 8、示波器定标：为了测量研究磁化曲线利磁滞回线，必须对示波器进行定标。示波器具有比较信号，可根据示波器的使用方法，对示波器X轴和Y轴分别进行定标，校正X轴和Y轴上每格表示的电压值后即可进行测量。将示波器Y对地短路，此时示波器上展示出一条水平线，测量其长度值nx，并用交流电压表测量出X对地的电压值Vx，由此得到（V/格）。同理，将示波器X对地短路，此时示波器上展示出一条垂直线，测量其长度ny，并用交流电压表测出Y对地的电压值Vy，由此得到（V/格）。9、关掉实验仪和示波器的电源开关，整理好仪器，测量结束。附：磁滞回线组合实验仪使用说明书磁性材料的磁滞回线和磁化曲线表征了磁性材料的基本磁特性。在工业、交通、通讯、电器等各领域，大量应用各种特性的铁磁材料。因此，磁性材料基本特性测量，在实用上及大学物理实验中都显得非常重要。本实验仪器可通过示波器观察磁滞回线来研究铁磁材料的特性，有两种铁磁材料(硬磁和软磁)，用示波器和交流电压表来标定H和B。由于被测样品是铁磁性材料，它的B与H的关系是非线性的，电路中取样电阻和电容的电压波形会发生畸变，成为非正弦形的，所以本仪器的交流电压表为真有效值的测量。交流电压为频率可调、电压可调的信号源。一、技术指标 交流电压表：测量量程：2V； 分辨率：0.001V 交流信号源：幅度：010V 频率：15 Hz200Hz电阻R1：2电阻R2：16K电容C：10F测量样品（矽钢片和铁氧体）：初级线圈N1=200匝 平均磁路L=0.132米（矽钢片）；L=0.150米（铁氧体）初级线圈N2=200匝 截面积S=0.208103米2（矽钢片）；S=0.105103米2（铁氧体）二、面板说明面板示意图图中的实线已连接好，虚线在实验时用实验连接线连接，可参见实验连接线图。三、使用方法 1将电源线插入电源插座内(在机箱的右侧)，保险在电源插座内。 2按上图的虚线用实验连接线连接好(可参考实验连接线图)。 3打开实验仪和示波器的电源开关，将示波器的状态打向XY，预热5分钟，调节信号