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用示波法测量铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
MingDa
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明达科教
物理电磁学实验
CZY─1 型
磁滞回线实验仪
(实验指导书、使用说明书)
合肥明达科教电子仪器厂
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用示波法测量铁磁材料的
动态磁滞回线和基本磁化曲线
磁性材料应用广泛,从常用的永久磁铁、变压器铁芯到录音、录像、计算机存储的磁盘等都采用磁性材料。磁滞回线和基本磁化曲线反映了磁性材料的主要特征。通过实验不仅能掌握用示波器观察磁滞回线,以及基本磁化曲线的基本测量方法,而且能从理论和实际应用上加深对铁磁材料
的认识。
铁磁材料分为硬磁和软磁两大类,其根本区别在于矫顽磁力Hc的大小不同。硬磁材料的磁滞回线宽,剩磁和矫顽力大(达120~20000A/m以上),因而磁化后,其磁性可长久保持,适宜做永久磁铁。软磁材料的磁滞回线窄,矫顽力Hc一般小于120A/m,但其磁导率和饱和磁感应强度大,容易磁化和去磁,故广泛用于电机、电器和仪表制造等工业部门。磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料的重要特性,是设计电磁机构和仪表的重要依据之一。
磁学量的测量一般比较困难,通常利用一定物理规律,将磁学量转换为易于测量的电学量。这种转换测量法是物理实验中常用的基本测量方法。
一、实验目的
1、认识铁磁物质的磁化规律,比较三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,并在坐标纸上作出??H曲线。
3、测定样品的HC、Br、BS等参数
4、学会用示波器测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。
二、实验原理
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1、磁化曲线
如果在由电流产生的磁场中放入铁磁物质,则磁场将明显增强,此时铁磁物质中的磁感应强度比没放入铁磁物质时电流产生的磁感应强度增大百倍,甚至在千倍以上。铁磁物质内部的磁场强度
H与磁感应强度B有如下的关系:
B??H
对于铁磁物质而言,磁导率?并非常数,而是随H的变化而变化的物理量,即??f(H),为非线性函数。所以B与H也是非线性关系,如图(1)所示:
铁磁材料的磁化过程为:其未被磁化时的状态称为去磁状态,这时若在铁磁材料上加一由小到大变化的磁化场,则铁磁材料内部的磁场强度H与磁感应强度B也随之变大。但当H增加到一定值(Hs)后,B几乎不再随着H的增加而增加,说明磁化达到饱和,如图(1)中的OS段曲线所示。从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线称为材料的起始磁化曲线。
2、磁滞回线
当铁磁材料的磁化达到饱和之后,如果将磁场减小,则铁磁材料内部的B和H也随之减小。但其减小的过程并不是沿着磁化时的OS段退回。显然,当磁化场撤消,H=0时,磁感应强度仍然保持一定数值B=Br,称为剩磁(剩余磁感应强度)。
若要使被磁化的铁磁材料的磁感应强度B减小到0,必须加上一个反向磁场并逐步增大。当铁磁材料内部反向磁场强度增加到H?HC时(图2上的C点),磁感应强度B才为0,达到退磁。图(2)中的bc段曲线为退磁曲线,HC为矫顽力。如图(2)所示,H按O?HS?O?-HS?-HC?O?HC?HS的顺序变化时,B相应沿O?BS?Br?O?-BS?-Br?O?BS的顺序变化。图中
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的Oa段曲线称起始磁化曲线,所形成的封闭曲线abcdefa称为磁滞回线。由图(2)可知:
(1) 当H?0时,B?0,这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度Br,通常称Br为铁磁物质的剩余感应强度(剩磁)。
(2) 若要使铁磁物质完全退磁,即B?0必须加一个反向磁场HC。这个反向磁场强度HC称为该铁磁材料的矫顽力。
(3) 图中bc曲线段称为退磁曲线。
(4) B的变化始终落后于H的变化,这种现象称为磁滞现象。
(5) H的上升与下降到同一数值时,铁磁材料内部的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。
(6) 当从初始状态H?0,B?0开始周期性地改变磁场强度的幅值时,在磁场由弱到强单调增加过程中,可以得到面积由大到小的一簇磁滞回线,如图(3)所示。其中最大面积的磁滞回线称为极限磁滞回线。
(7)由于铁磁材料磁化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,不能时增时减。在理论上,要消除剩磁Br,只需改变磁化电流方向,使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽力即可。实际上,矫顽力的大小通常并