南昌大学铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线南昌大学物理实验报告课程名称： 大学物理实验实验名称： 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线学院： 专业班级： 学生姓名： 学号： 实验地点： 座位号： 实验时间： 、实验目的:1. 认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质 的动态磁化特性2. 测定样品的基本磁化曲线，作卩一H曲线3. 测定样品的HD、B、Bs和（Hn- B）等参数4. 测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗二、实验原理:铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料铁、钻、 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， 故磁导率卩很高另 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0表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态， 即b =H= 0,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，当磁场从气逐渐减小至零， 磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“ 0'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H= O时，B不为零，而保留剩磁Br。
当磁场反向从0逐渐变至一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 HStO^HD— -Hst0^HD，tHS次序变 化,相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS R D S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1铁磁 图2同一铁 图3铁磁材料应该说明，当初始态为H= B= 0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 ” B，因B与H非线性，故铁磁材料的卩不是常数而是随 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观察和铁磁磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示 待测样品为EI型矽钢片，N为励磁绕组，n为用来测量磁感应强度B而设置的绕组Ri为励磁电流取样电阻，设通过N的交 流励磁电流为i，根据安培环路定律，样品的磁化场强H T L 为样品的平均磁路・.・i U1 Ri(1)NiH 瓦?Uh(1)式中的N、L、Ri均为已知常数，所以由Uh可确定H在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值 B是测量绕组n 和R?C电路给定的，根据法拉第电磁感应定律，由于样品中的 磁通©的变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为d2门頁-2dtnB — — 2dtS nS ⑵S为样品的截面积如果忽略自感电动势和电路损耗，贝y回路 方程为S i 2R 2 U B式中i2为感生电流，LB为积分电容C两端电压，设在△ t时间内, i 2向电容c2的充电电量为 Q贝UQ QUB C S 耶2 C如果选取足够大的 R和C使i 2艮>> Q/C,则i 2 R2dQ dUB C2 dt dtdUBC 2R2dtCR 2N 2S由(2)、(3)两式可得(4)上式中C、R、n和S均为已知常数。
所以由UB可确定Bo综上所述，将图5中的UH和UB分别加到示波器的“X输入” 和“ 丫输入”便可观察样品的B- H曲线；如将UH和UB加到测 试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度 Bs、剩磁R、 矫顽力注、磁滞损耗〔WBH以及磁导率 卩等参数三、实验内容和步骤：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 = 2.5 Q, “ U选择”置于O位UH和UB分别 接示波器的“ X输入”和“ 丫输入”,插孔丄为公共端2. 样品退磁：开启实验仪电源，对试样进行退磁，即顺时 针方向转动“ U选择”旋钮，令U从0增至3V,然后逆时针方 向转动旋钮，将U从最大值降为O,其目的是消除剩磁，确保 样品处于磁中性状态，即 B= H= 0,如图6所示图6退磁示意图 图3. 观察磁滞回线：开启示波器电源，令光点位于坐标网格中心，令U= 2.2V，并分别调节示波器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（若图形顶部出现编 织状的小环，如图7所示，这时可降低励磁电压U予以消除）4. 观察基本磁化曲线，按步骤2对样品进行退磁，从U= 0 开始，逐档提高励磁电压，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。
这些磁滞回线顶点的连线就是样品 的基本磁化曲线，借助长余辉示波器，便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. 测绘a— H曲线：仔细阅读测试仪的使用说明，接通实 验仪和测试仪之间的连线开启电源，对样品进行退磁后，依 次测定U= 0.5 ,1.0…3.0V时的十组H和 &值，作a〜H曲线7. 令 U= 3.0V，R = 2.5 Q测定样品 1 的 Bs,R「,Hd,WBh,等参 数8. 取步骤7中的H和其相应的B值，用坐标纸绘制B— H 曲线（如何取数？取多少组数据？自行考虑），并估算曲线所 围面积四、实验数据与处理：电阻R(k Q):电容C1（卩F）: 20 电阻R（ Q ）: 2510 截面 S（mrh> : 80测量绕组2（匝）：150励磁绕组N（匝）：150平均磁路L（mm）: 60表一 基本磁化曲线与—H曲线U（V）HX 104 安 /米BX 102 特斯拉a=B/H 享利/米0.50.0053333330.0006666670.001251.00.010.0010833330.0010833331.20.0120.0014166670.0011805561.50.0186666670.001750.00093751.80.0240.0020.0008333332.00.0293333330.002250.0007670452.20.0333333330.00250.000752.50.0433333330.0026666670.0006153852.80.050.0028333330.0005666673.00.0566666670.0030.0005294121-120-0.1333333339-33.333333330.03333333321200.13333333310-33.33333333-0.1300.0833333331133.333333330.140-0.0666666671233.33333333-0.0166666675-46.6666666701366.666666670.083333333643.3333333301466.666666670.1166666677-66.66666667-0.06666666715-400.0166666678-66.66666667-0.116600.066666667五、误差分析：1. 磁滞回线的测量需要线性霍尔元件。
2. 环形磁铁｛应该是环形软磁材料｝上边绕制绕组，并且是 用电容放电的形式形成电流的上升曲线，达到顶峰随即切除电 容，即可在示波器上观察到磁滞回线的景象但是可以需要制 作若干个这样的试验才可以得到满意的效果， 有时因为时间常 数不对观察不到六、附上原始数据:(NANCHANG UNIVERSITY)ix/v 2几巾042#A2V>01/2副/(TOOrtW 貝JM■ <* -i・工tn *“ 亠T 1FML 2V按；—■* 缪£*■■a - »―f-為创0 5内-f 以£* 9-r? -1—HR ’-8 ) f 血.R Jlb / Gt D亠-4lt UX.o)上F 0(r o i it-f i 丄、c-t “▼/ )«. -1JC/o t bf Y # f j.牛归、尸—。