2022年铁磁材料的磁滞回线圈和基本磁化曲线 .pdf

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1、南 昌 大 学 物 理 实 验 报 告课程名称：大学物理实验下 _实验名称：铁磁材料的磁滞回线圈和基本磁化曲线学院：信息工程学院专业班级：学生：学号：_ 实验地点：基础实验大楼 B208 座位号：_ 实验时间：第 8 周星期三下午三点四十五分_ 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页一、实验目的1、掌握用磁滞回线测试仪测绘磁滞回线的方法。2、了解铁磁材料的磁化规律，用示波器法观察磁滞线，比较两种典型铁磁物质的动态磁化特性。3、测定样品的基本磁化特性曲线B-H 曲线 ，并作 -H 曲线。4、测绘样品在给定条件下的磁滞回线，

2、估算其磁滞损耗以及相关参量。二、实验原理1、铁磁材料的磁滞特性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 均属于铁磁物质。 其特征是在外磁场的作用下能被强烈氧化，即磁导率很高。另一特征是磁滞，即磁场停止作用后，铁磁质仍保留磁化状态。图 1 为铁磁物质的磁感应强度B 与磁场强度 H 之间的关系曲线。如果流过线圈的磁化电流从零逐渐增大，则钢圆环中的磁感应强度B 随激励磁场强度 H 的变化如图 1 中 oa段所示。这条曲线称为起始磁化曲线。继续增大磁化电流，即增加磁场强度 H 时，B 上升很缓慢。如果 H 逐渐减小，则 B 也相应减小，但并不沿 ao段下降

3、，而是沿另一条曲线ab下降。B 随 H 变化的全过程如下：当 H 按OHmOcHHmOcHHm的顺序变化时，B 相应沿OmBrB OmBrB OmB的顺序变化。将上述变化过程的各点连接起来，就得到一条封闭曲线abcdefa, 这条曲线称为磁滞回线。从图 1 可以看出：1当 H0 时，B 不为零，铁磁材料还保留一定值的磁感应强度rB ，通BHBmBrabHmfoHCcdHmHCBrBme图 1精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页常称rB 为铁磁材料的剩磁。2要消除剩磁rB ，使 B 降为零，必须加一个反方向磁场CH，这个

4、反向磁场强度CH叫做该铁磁材料的矫顽磁力。3 H 上升到某一个值和下降到同一数值时， 铁磁材料内的 B 值并不相同，即磁化过程与铁磁材料过去的磁化经历有关。对于同一铁磁材料，假设开始时不带磁性，依次选取磁化电流为I1、I2、Im(I1 I2 Im)则相应的磁场强度为H1、H2、Hm。在每一个选定的磁场值下，使其方向发生两次变化 即 H1- H1H1, Hm- HmHm等 ，则可得到一组逐渐增大的磁滞回线图2 。我们把原点 o 和各个磁滞回线的顶点a1、a2、a 所连成的曲线，称为铁磁材料的基本磁化曲线。可以看出，铁磁材料的 B 和 H 不是直线，即铁磁材料的磁导率HB不是常数。由于铁磁材料磁化

5、过程的不可逆性及具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线时，首先必须将铁磁材料预先退磁，以保证外加磁场H=0 时，B=0；其次，磁化电流在实验过程中只允许单调增加或减少，不可时增时减。在理论上，要消除剩磁rB ，只需通一反方向磁化电流，使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽磁力就行。 实际上，矫顽磁力的大小通常并不知道，因而无法确定退磁电流的大小。 我们从磁滞回线得到启示： 如果使铁磁材料磁化到达饱和，然后不断改变磁化电流的方向，与此同时逐渐减小磁化电流，以至于零， 那么该材料得磁化过程就是一连串逐渐缩小而最终趋于原点的环状曲线，如图3 所示。当 H 减小到零时， B 亦同时降为零，到达完全退磁。铁

6、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图 2 基本磁化曲线图 3 退磁过程：由Br到 a,然后经一系列不闭合的回线收缩至原点a精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页要原因之一。铁磁材料分为硬磁和软磁BH曲线如图 4 所示。2、测绘磁滞回线原理观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图5。图 5待测样品是 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。 ?1为励磁绕组取样电阻，设通过N 的交流励磁电流为i，根据安培环路定理，样品的磁场强度H =?，其中 L 为样品的平

7、均磁路。因为i =?1?1，所以H =?1?1。交变的 H 样品中产生交变的磁感应强度B。假设被测样品的截面积S，穿过该截面的磁通 B?S,由法拉第电磁感应定律可知， 在副线圈中将产生感应电动势dtdBnSdtdn2由副边的回路方程式2222uRi式中 i2为副边电流，2u 为电容 C 两端的电压。设 i2向电容器 C 充电，在t时间内充电量为 Q，则此时电容两端的电压cu表示如下：CQu2当我们选取足够的R2、C 时，使cu小到与2Ric相比可以略去不计时， 简化为图 4 不同铁磁材料的磁滞回线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4

8、页，共 9 页22Ri又因为dtduCdtdQi22所以dtduCR222根据电磁感应定律dtdBnS2dtdBSdtduCRn22将两边积分，经整理后可得到B 的数值为222uSNCRB三、实验内容只要将1u 和2u分别接到示波器的X 轴与 Y 轴输入，则在荧光屏上扫描出来的图形就能如实反映被测样品的磁滞回线。依次改变1u从零递增值，便可得到一组磁滞回线， 各条磁滞回线顶点的连线便是基本磁化曲线。由此可近似确定其磁导率HB，因 B 与 H 是非线性的，故铁磁材料的磁导率不是常数而是随磁场强度 H 而变化。四、实验仪器TH-MHC 型智能磁滞回线测试仪、示波器五、实验数据及处理L=60mmN=

9、50T n=150T S=80?2?2= 10? ?2= 20?表一基本磁化曲线与H 曲线。测试条件：?1= 2.5?U(V)?1(mV)?2(mV)H(104A/m)B(/102? )(H/m)29092752024086703089910396611804681360500155053071018105705208059572240610772表二BH 曲线测试条件： ?1= 2.5? UVNO.?1(mV)?2(mV)H(104A/m)B(/102? )精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页19103962-910

10、-396336004-36005028060-2807600400840038092003401060028011-400-32012-600-24013-20020014200-16015-600-2001640060围成面积 7 格左右精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页六、误差分析1、每条导线的电阻不同，使用不同的导线，会得到不同的结果。2、示波器读数不准确，图像未调整到中心位置，数格子容易出现误差。七、思考题1、如果不退磁，做实验会有什么后果？答：起始点不在零，实验得出的磁滞回线不对称。2、示波器显示的磁滞回线是真实的H-B 曲线吗？如果不是，为什么可以用它来描绘磁滞回线？答：不是，示波器只可以采集电压信号，测量动态磁质回线时，必须将非电压量 H 和 B 转换成电压量才能显示出来。八、附上原始数据和退磁示意图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页