物理实验报告2_用示波器测动态磁滞回线

1、.实验名称：用示波器测动态磁滞回线实验目的：a研究铁磁材料的动态磁滞回线b了解采用示波器测动态磁滞回线的原理；c利用作图法测定磁性材料的饱和磁感应强度Bs 、剩磁 Br 、矫顽力 H c 的值。实验仪器：V252 双踪示波器、自耦变压器、隔离变压器、互感器毫安表、电容等。实验原理和方法：铁磁材料除了具有高的导磁率外，另一重要的特点就是磁滞。当材料磁化时，磁感应强度 B 不仅与当时的磁场强度 H 有关，而且与以前的磁化状态有关。如右图所示， 曲线 OA 表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，磁感应强度B 随 H 增加，称为磁化曲线。当H 增加到某一值H S 时， B 的增加速度将极其缓慢。和前段曲线相

2、比，可看成B 不再增加，即达到磁饱和。当磁性材料磁化后， 如 H 减小， B 将不沿原路返回，而是沿另外一条曲线 Ar 下降。如果 H 从 H S 变到 H S ，再从 H S 变回 H S ，B 将随 H 变化而形成一条磁滞回线。其中当 H 0 时， BBr 。 Br 称为剩余磁感应强度。要使磁感应强度为零，就必须加一反向磁场H c ， H c 称为矫顽力。按一般分类，矫顽力小的称为软磁材料，大的称为硬磁材料。必须注意的是：反复磁化（H SH SH S ）的开始几个循环内，每次循环的回路才相同，形成一个稳定的磁滞回线。只有经过“磁锻炼”后所形成的磁滞回线，才能代表该材料的磁滞性质。由以上可知

3、，要测定材料的磁滞回线，需要根据磁化过程测定材料内部的磁场强度 H 及其相应的磁感应强度 B。磁性材料的磁滞回线能较全面地反应该材料的磁特性，譬如剩磁 Br 、矫顽力 H c 等。因此，实用上常常借助磁滞回线来粗略了解材料的磁特性。测量磁滞回线的基本线路图如下图所示：.将样品制成封闭的圆环，均匀地以磁化线圈N1 环绕，用直流电产生磁场使样品磁化，利用换向开关使磁化电流突然转向，样品中的B 也随之改变，通过副线圈N 2 和冲击电流计BG测出B ，从而能测出磁化曲线及磁制曲线（B H 关系曲线）。此处是用直流电源进行工作，所得到的关系曲线是静态的。本实验用交流电代替直流电进行磁化，而且用示波器代替

4、冲击电流计来观察和测量。这个结果与静态的是不相同的，为了区别，称之为“动态的” 。由于静态的磁滞回线所包围的面积与磁滞损耗成正比，而实验用交流电磁化所得的回线包围的面积，不仅包括磁滞损耗，而且还包括涡流损耗，因此，动态的回线一般比静态的要大一些。本实验所用线路图如下图所示：在样品的原边线圈上，取样电阻R1 与线圈 N1 串联，并加以交流电压U，将 R1 两端电压信号 U 1 加在示波器的X 输入端上。在样品副边路上接以RC 线路， 将电容两端由感应引起的电信号U c 加在示波器的Y 输入端上。 要是示波器的 X 与 Y 端放大不失真， 且保持 X 与 Y 两输入端没有初始相位差， 那么在示波器

5、上就可以得到待测样品的磁滞回线图像。.但是必须考虑一个问题，那就是示波器的X 输入端 U 1 是否和磁化电流（或磁场强度H）成正比，而示波器的Y 输入 U c 又与样品的B 成正比，并且要一一对应，否则荧光屏上所得的图像将不是样品的磁滞回线。1. U 1 与磁场强度 H成正比的问题设样品的中心长度为L，原边线圈（即磁化线圈） 的匝数为N1 ，I 1 为磁化电流的大小 （交流电），则有：H N1 I 1 L而U 1R1 I 1R1 L HN1其中， L， N 1 均为常数。可见，U 1 的确与 H 成正比。2. U c 与 B 成正比的问题首先，设副线圈匝数为N 2 ，样品的横截面积为A，则根据

6、电磁感应定律应激起的感应电动势2 为 2N 2 A dBdt进而分析2 加在 Rc 电路上的情况。若电容器的电量为Q，电容量为 C，很明显有2R2 I 2QC如果与 C 都选得很大时，则2R2 I 2I 2dQd (U C )Cdtdt由以上两式得：d (U C )2R2Cdt则2R2Cd (U C )N 2 AdBdtdt经积分、整理后有BR2 C U CN 2 A.式中： R2 ， C， N 2 ，A 均为常数。可见：B 与 U c 成正比；只要选取R2 与 C 足够大，在荧光屏上是可以得到样品的磁滞回线的。在实践中，为了使原副边路上的电压尽可能接近正弦波形，将原边上的特意选取为一个小值电

7、阻 （ R12 ）；其次为了操作安全，在原边线圈上加入一个隔离变压器T 以避免直接与交流电源 U相接；同时应用调压器D 使电源电压大小可调（以控制磁化电流的大小），由此称为一个实际可用的实验线路，如下图所示：待测样品S 实际上是一个特制的小变压器。为了确定回线上所反映的几个参数，如矫顽力、剩磁、饱和磁感应强度等量的大小，就必须知道示波器光点偏移一个单位实际代表了多少安 / 米（ H）或特斯拉（ B），即所谓进行标定。（ 1） H 值的标定利用下图所示的线路：利用毫安表A 以读出流过R1 的电流大小（交流电） ，R 的作用是为了避免一开始有过大电流流经毫安表而超过它的量程。当A 的读数为时，其峰

8、值应为2I 10 。此时在示波器上所呈现的横线（即 X 偏转）对应的磁场强度H，可用下式计算：H 0N 12I 10L.（ 2） B 值的标定利用下图所示的线路：其基本出发点是用一个已知的标准互感器M代替待测样品，从而求出其对应的关系。流经互感器原边的电流I OM （交流）可用毫安表A 读出，则互感器副边的输出感应电动势 M 为MdI OMMdt此时电容器 C 上两端的电压 U c 根据式 2d (U C )可得（忽略负号） ：R2 CdtdI OMd(U C )MR2Cdtdt积分，得U CMI OMR2 C考虑到 I OM 的峰值，有BM2 I OMN 2 A实验内容和步骤：1. 观察动态

9、磁滞回线的全貌a按“观察动态磁滞回线接线图”接线，毫安表A 置 200 mA 挡，待辅导教师检查线路后再接通电源；b将示波器原点调出中央，磁化电流逐渐加大到160 mA 左右，不得超过200 mA ，此时已趋向饱和。适当调整X 轴增幅与Y 轴增幅，以观察动态磁滞回线的变化及其全貌。.2. 测动态磁化曲线（即各动态磁滞回线定点的连线）及磁滞回线a确定核实的X 与 Y 的增幅大小，磁化电流选定在达到磁饱和的值上（200 mA 以下）；b退磁。利用调压器使磁化电流从最大缓慢降为零，退磁完毕；c. 绘制动态磁化曲线。逐渐增大磁化电流，记录各相应的回线定点的坐标，一直增大至事先确定的磁化电流的值为止；d记录此时回线（接近磁饱和）各点的坐标（不少于20 个点），特别注意回线的顶点、剩磁与矫顽力3 个点的坐标。3. 标定 H 与 B 值注意示波器的X 与 Y 增幅和衰减倍数绝对不能改变，否则将失掉标定的意义。参数及数据记录：见附表.思考题：1导热系数的物理意义是什么？答：导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一。2实验中采用什么方法来测量不良导体的导热系数？答：稳态法。3本实验得热电偶测温度为