铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线.doc

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线-（理学院，应用物理专业11-1,-）摘 要：铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率很高。另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态。研究铁磁材料的特性有着重要的意义，它在传统工业、生物医学中磁应用、军事领域以及考古天文地址采矿界领域都有着广泛的应用。研究铁磁材料重要的方法是测量和分析磁滞回线和基本磁化曲线。本文是我在做大学物理基础实验测定铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线时的总结和心得体会。关键词：铁磁材料；磁滞回线；基本磁化曲线1 引言铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一重要的磁性特点就是磁滞。设铁磁性材料已沿起始磁化曲线磁化到饱和，磁化开始饱和时的磁感应强度值用表示。如果在达到饱和状态之后使H减小，这时B的值也要减小，但不沿原来的曲线下降，而是沿着上一条曲线段下降，对应的值比原先的值大，说明铁磁质磁化过程是不可逆的过程。当 H=0时, B不为零，而是大于零，称为剩余磁感应强度。通过剩余极化强度可以判断材料是硬磁材料还是软磁材料，还有磁化能力等。2 理论铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率很高。另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即BHO，当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段oa所示，继之B随H迅速增长，如ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至HS时，B到达饱和值BS，oabs称为起始磁化曲线。图1表明，当磁场从HS逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点，而是沿另一条新的曲线SR下降，比较线段OS和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当HO时，B不为零，而保留剩磁Br。当磁场反向从O逐渐变至HD时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，HD称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段RD称为退磁曲线。图1还表明，当磁场按HSOHD-HSOHDHS次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线变化，这闭合曲线称为磁滞回线。所以，当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化去磁反向磁化反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗，可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。图2 同一铁磁材料的 一簇磁滞回线图1 铁磁质起始磁化 曲线和磁滞回线图 3 铁磁材料与H并系曲线 应该说明，当初始态为HBO的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图2所示，这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似确定其磁导率，因B与H非线性，故铁磁材料的不是常数而是随H而变化（如图3所示）。铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万，这一特点是它用途广泛的主要原因之一。可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图4为常见的两种典型的磁滞回线，其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料的磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁体。图 4 不同铁磁材料的磁滞回线3 以下是当时的实验数据处理（具体的过程的步骤这里不再详谈了）3电容C(F)：20 电阻R1()：2.5 电阻R2(k)：10 截面S(mm2)： 120励磁绕组N1(砸)：150 测量绕组N2(砸)：150 平均磁路L(mm)：75表一 基本磁化曲线与H曲线表4-7-2 样品1在不同电压下Hm与Bm数据记录表U/V00.5 1.0 1.2 1.5 1.8 Hm/(103A/m)00.044 0.090 0.122 0.187 0.256 Bm/10T00.078 0.134 0.159 0.193 0.220 U=Bm/Hm/0.000 1.489 1.303 1.032 0.859 0.765 U/V2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 Hm/(103A/m)0.307 0.360 0.444 0.524 0.576 Bm/10T0.235 0.247 0.261 0.271 0.276 U=Bm/Hm/0.686 0.686 0.588 0.517 0.479 表二.磁滞回线表4-7-1 样品1磁滞回线数据记录表H/(103A/m)0.000 0.008 0.015 0.021 0.028 0.035 B/10T-0.039 -0.021 0.000 0.021 0.042 0.063 H0.046 0.058 0.061 0.068 0.070 0.072 B0.082 0.100 0.104 0.113 0.115 0.118 H0.076 0.078 0.079 0.080 0.084 0.087 B0.122 0.123 0.124 0.125 0.129 0.131 H0.087 0.088 0.088 0.089 0.088 0.086 B0.132 0.132 0.133 0.133 0.132 0.132 H0.085 0.081 0.071 0.056 0.043 0.025 B0.131 0.129 0.122 0.111 0.098 0.082 H0.012 0.001 0.000 -0.007 -0.015 -0.015 B0.064 0.047 0.044 0.024 0.003 0.000 H-0.021 -0.028 -0.036 -0.045 -0.057 -0.069 B-0.018 -0.039 -0.060 -0.080 -0.098 -0.113 H-0.079 -0.086 -0.087 -0.088 -0.089 -0.089 B-0.123 -0.130 -0.130 -0.131 -0.132 -0.133 H-0.089 -0.088 -0.084 -0.073 -0.058 -0.043 B-0.132 -0.132 -0.129 -0.122 -0.112 -0.099 H-0.027 -0.013 -0.002 0.000 0.000 B-0.083 -0.065 -0.045 -0.040 -0.039 4 综合分析 通过测绘磁滞回线和磁化曲线可以判断材料是硬磁材料还是软磁材料，还有磁化能力等。软磁材料的特点是：磁导率大，矫顽力小，磁滞损耗小，磁滞回线呈长条状；硬磁材料的特点是：剩磁大，矫顽力也大，磁滞特性显著，磁滞回线包围的面积肥大。由于铁磁材料磁化过程的不可逆性即具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线时，首先必须对铁磁材料预先进行退磁，保证外加磁场H=0时B=0。铁磁材料的磁化过程是不可逆过程。铁磁材料在外加磁场中被磁化时，外加磁场强度H与铁磁材料的磁感应强度B的大小是非