物理实验报告铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

1、物理实验报告铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线O / ' 0Document serial numberUU89WT-UU98YT-UU8CB-ULIZT-IVuT108：实验2 0 铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。如航天、通信、自动 化仪表及控制等都无不用到铁磁材料（铁、钻、银、钢以及含铁氧化物 均属铁磁物质）。因此，研究铁磁材料的磁化性质，不论在理论上，还 是在实际应用上都有重大的意义。本实验使用单片机采集数据，测量在 交变磁场的作用下，两个不同磁性能的铁磁材料的磁化曲线和磁滞回 线。【预习重点】（1）看懂实验原理图及接线图。（2 ）复习示波器

2、的使用方法。参考书：电磁学下册，赵凯华、陈熙谋着，第五、六章；大 学物理学电磁学部分，杨仲耆等编，第六章。【仪器】磁滞回线实验组合仪、双踪示波器。【原理】1）铁磁材料的磁化及磁导率铁磁物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁滞的特性。一 般都是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来研究 其磁性规律的。图2 01起始磁化曲线和磁滞回线图2 02基本磁化曲线当铁磁物质中不存在磁化场时，H和B均为零，即图2 0 1中BH曲线的坐标原点0。随着磁化场H的增加，B也随之增加，但两 者之间不是线性关系。当H增加到一定值时，B不再增加（或增加十分 缓慢），这说明该物质的磁化已达到饱和状态。H

3、h和分别为饱和时的 磁场强度和磁感应强度（对应于图中a点）。如果再使H逐渐退到零， 则与此同时B也逐渐减少。然而H和B对应的曲线轨迹并不沿原曲线轨 迹a 0返回，而是沿另一曲线a b下降到Br,这说明当H下降为零时， 铁磁物质中仍保留一定的磁性，这种现象称为磁滞，B ,称为剩磁。将磁 化场反向，再逐渐增加其强度，直到H = -H。，磁感应强度消失，这说 明要消除剩磁，必须施加反向磁场H- H。称为矫顽力。它的大小反映铁 磁材料保持剩磁状态的能力。图2 0 1表明，当磁场按0 H c- - H.f 0 - HH.次序变化时，B所经历的相应变化为B.f Br-> 0 fBaBf 0-B。于是

4、得到一条闭合的BH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），它将 沿磁滞回线反复被磁化一去磁一反向磁化一反向去磁。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。应该说明，对于初始态为H=0, B=0的铁磁材料，在交变磁场 强度由弱到强依次进行磁化的过程中，可以得到面积由小到大向外扩张 的一簇磁滞回线，如图2 0 2所示。这些磁滞回线顶点的连线称图2 0 3铁磁材料与H关系曲线为铁磁材料的基本磁化曲线。由此可近似确定其磁导率P = B/HO 因B与H非线性，故铁磁材料的M不是常数，

5、而是随H而变化，如图2 0 3所示。在实际应用中，常使用相对磁导率ur=u/uoo u。为真空 中的磁导率，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。2)BH曲线的测量方法实验线路如图2 04所示。待测样品为E 1型矽钢片，励磁线圈 匝数N|=5 0；用来测量磁感应强度B而设置的探测线圈匝数N,= 1 5 0； R】为励磁电流取样电阻，%为0. 5。5. 0 Q。设通过励磁线圈的交流励磁电流为I -根据安培环路定律，样品的磁化场强(201)式中：L为样品的平均磁路，本实验L= 6 0.0 mm。设R 的端电压 为Up则可得ElNU(2 0 2)因此，占= 四

6、式（2 0 2）中的N1, L, Ri均为已知常数，所以由Ui可确定H。图2 0-4 磁滞回线测量线路样品的磁感应强度B的测量是通过探测线圈和R2g组成的电路来实现的。根据法拉第电磁感应定律，在交变磁场下由于样品中的磁通量6 的变化，在探测线圈中产生的感生电动势的大小 £ =从呦(2 0 3)由式（2 0 3 ）可推导出S为样品的截面积。如果忽略自感电动势和电路损耗，则回路方程为E= I2R2+U2式中：I为感生电流；5为积分电容Cz两端电压。设在12向电容C2的充电电量为Q,则U 2 = Q / C 2t时间内,因此 E= I2R2+Q/C2如果选取足够大的R?和使I?R»

7、;>Q/C2,则£= I2R2所以由式（2 0 4 ）和式（2 0 5 ）可得B =上上 (2 0 6 )耶2式中：C:, R2, N二和S均为已知常量(本实验中C?=2 0 u F, R:= 1 0 k Q, S = 8 Ommb ,所以测量U?可确定B。【实验要求】(1)电路连接：选样品1 ,按实验仪上所给的电路图连接线路， 并令Ri = 2.5Q； “U选择”置于0位。Uh和Ub (即Ui和UJ分别 接示波器的“ x输入”和“ y输入”，插孔，为公共端。(2)样品退磁：开启实验仪电源，对试样进行退磁，即按顺时针 方向转动“U选择”旋钮，使U从0 V增加至3 V,然后逆时针

8、方向转 动旋扭使U从最大值降为0 V,其目的是消除剩磁，即退磁过程，确保样品处于磁中性状态，即H = B=O,如图2 0 5所示。图2 0 5退磁过程（3）观察磁滞回线：开启示波潜电源，令光点位于坐标网格中 心，令U=2.2V,分别调节示波器x和y轴的灵敏度，使显示屏上出 现图形大小合适的磁滞回线（若图的顶部出现编织状的小环，可适当降 低励磁电压U予以消除）。（4 ）观察基本磁化曲线：按实验要求（2 ）对样品进行退磁，从 U=0开始，逐步提高励磁电压，将在显示屏上得到面积由小到大一个 套一个的一簇磁滞回线，借助长余辉示波潜，可观察到该曲线的轨迹。（5 ）观察比较样品1和样品2的磁化性能。（6 ）测uH曲线：仔细阅读测试仪的使用说明，连接实验仪和 测试仪之间的连线。开启电源，对样品进行退磁后，按测试仪使用说明 依次测定U= 0.5, 1.0,，3. 0 V时的1 0组H.和B/直，作 uH曲线。（7）令U=3.0V, %=2. 5 Q测定样品1的B” Br,也等 参数。（8 ）取实验要求（7）中的H和其相