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软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的测量 北方民族大学物理实验中心 Fundamentalphysicsexperiment 铁磁物质是一种性能特异 用途广泛的材料 包括铁 钴 镍及其众多合金以及含铁的氧化物 铁氧体 在外磁场的作用下 能被强烈磁化 磁导率很高并随磁场变化 当外磁场撤掉以后 铁磁材料仍具有一定的磁性 磁化规律复杂 铁磁材料具有的这种保持原定磁化状态的性质称为磁滞 研究铁磁材料的磁化规律 一般是通过测量外磁场的磁场强度H与感应磁场强度B之间的关系来进行的 起始磁化曲线图 磁滞回线图 以H为横坐标 B为纵坐标 画出B随H的变化曲线 这条曲线称为初始磁化曲线 当H增大到某一值Hm后 B几乎不再变化 这时铁磁材料的磁化状态为磁饱和状态 此时的磁感应强度Bs叫做饱和磁感应强度 1 B与H的关系 起始磁化曲线图 特点 复杂的非线性曲线 2磁滞现象特点 铁磁材料的磁化过程是不可逆的 当铁磁质达到饱和后 减小H B沿图ab下降 当H 0时B 0 这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度Br 称为剩磁若要使铁磁物质完全退磁 即B 0 必须加一个反方向磁场Hc 称为矫顽力 Hc Br Br 基本磁化曲线和磁滞回线 基本磁化曲线 对同一铁磁材料 选择不同的磁场强度进行反复磁化 可得一系列大小不同的磁滞回线 再将各磁滞回线的顶点联接起来 所得的曲线被称为基本磁化曲线 应用硅钢片 作变压器 电机 电磁铁的铁芯 铁氧体 非金属 作高频线圈的磁芯材料 特点磁导率大 矫顽力小 容易磁化 也容易退磁 磁滞回线包围面积小 磁滞损耗小 软磁材料 北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment 特点剩余磁感应强度大 矫顽力大 不容易磁化 也不容易退磁 磁滞回线宽 磁滞损耗大 硬磁材料 应用作永久磁铁 永磁喇叭等 应用作计算机中的记忆元件 磁化时极性的反转构成了 0 与 1 的物理载体 矩磁材料 特点磁滞回线呈矩形状 了解有关铁磁性材料性质的知识 了解用示波器动态测量软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的原理 学习并体会物理实验方法中的转换测量法 掌握用示波器动态测量软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的方法 实验目的 实验器材 GY 4隔离变压器 实验器材 CZ 2磁质回线装置 实验器材 COS5020示波器 北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment 实验原理 示波器显示B H曲线的原理和线路 实验设计思想 如果希望在示波器上显示出被测铁磁材料的磁滞回线 必须使输入到示波器X偏转板上的电压Ux与磁场强度H成正比 同时使输入到示波器y偏转板上的电压Uy与铁磁材料中的磁感应强度B成正比 该式表明了在交变磁场下 任一时刻输入到示波器上的电压降Ux与磁场强度H成正比 根据安培环路定律 磁场强度H的大小为 1 实验设计思想 为了得到和铁磁材料中的瞬时磁感应强度B成正比的Uy值 采用电阻R2和电容C组成的积分电路 线圈N1中交变磁场H在铁磁材料中产生交变的磁感应强度B 因此在线圈N2中产生感应电动势 其大小用公式 2 表示 2 2 代入 3 该式表明示波器垂直偏转板上的电压 即电容两端的电压Uy是正比例于磁感应强度B的 电容C两端的电压 3 4 实验内容 在坐标纸上做出基本磁化曲线和饱和磁滞回线 给出Hm Hc Bs Br的实验结果 实验步骤 熟悉示波器各旋钮的作用 对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以进行测量 AC AC X Y X Y X Y auto 屏幕上显示磁滞回线时 示波器各旋钮的状态 正确连接线路 在确认变压器的输出为0伏后 接通电源 逐渐升高隔离变压器的输出电压 调节示波器的电压分度旋钮 使磁滞回线充满整个屏幕 将隔离变压器电压调至80V左右 调节示波器的电压分度旋钮 使磁滞回线充满整个屏幕 CH1通道的电压分度旋钮 CH2通道的电压分度旋钮 a x y 测量初始磁化曲线必须由原始状态H 0 B 0开始 因此测量前必须对待测样品进行退磁 以消除剩磁 退磁的方法如图所示 须在 Hm之间对样品进行反复磁化的过程中让 Hm 逐步减少 使样品沿着面积一条比一条小的磁滞回线回到原点 实验步骤 实验步骤 将磁场由0 电压为0 开始 逐步 电压每10V变化一步 增加至B达到饱和 记下每一步磁滞回线定点的坐标a x y 及所对应的电压分度值 在饱和磁滞回线上记录Hm Hc Bs Br的坐标 测量时应在 0 0两点进行测量 取平均值 数据记录 表1软磁材料基本磁化曲线绘制的测量数据 表2Hm Hc Bs Br的测量数据 数据记录 注意事项 测量前检查示波器两通道的垂直微调旋钮是否在校准位置 确定软磁材料饱和时对应隔离变压器的电压 饱和时示波器上类磁滞回线的尖端连接处的两条曲线变得重合 北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment 如果测量前