大学物理实验磁滞回线.doc

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线【实验目的】,比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。,作μ-H曲线。、Br、BS和(Hm·Bm)等参数。,估算其磁滞损耗。【实验仪器】DH4516型磁滞回线实验仪,数字万用表,示波器。【实验原理】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μ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B=H=O,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H=O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HS→O→HD→-HS→O→HD´→HS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1铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线图3铁磁材料µ与H并系曲线图3铁磁材料µ与H并系曲线应该说明,当初始态为H=B=O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μ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5实验线路图5实验线路图4不同铁磁材料的磁滞回线图4不同铁磁材料的磁滞回线观察和测量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。R1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L为样品的平均磁路∵(1)(1)式中的N1、L、均为已知常数,所以由可确定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