2010软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的测量

软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的测量北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料，包括铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体），在外磁场的作用下，能被强烈磁化，磁导率很高并随磁场变化，当外磁场撤掉以后，铁磁材料仍具有一定的磁性，磁化规律复杂。北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment铁磁材料具有的这种保持原定磁化状态的性质称为磁滞。研究铁磁材料的磁化规律，一般是通过测量外磁场的磁场强度H与感应磁场强度B之间的关系来进行的。起始磁化曲线图磁滞回线图北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment以H为横坐标，B为纵坐标，画出B随H的变化曲线，这条曲线称为初始磁化曲线。当H增大到某一值Hm后，B几乎不再变化，这时铁磁材料的磁化状态为磁饱和状态。此时的磁感应强度Bs叫做饱和磁感应强度。1、B与H的关系起始磁化曲线图特点：复杂的非线性曲线北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment2磁滞现象特点：铁磁材料的磁化过程是不可逆的。abcdef当铁磁质达到饱和后，减小H，B沿图ab下降；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，称为剩磁若要使铁磁物质完全退磁，即B=0，必须加一个反方向磁场Hc，称为矫顽力-Hc-BrBr北方民族大学物理实验中心FundamentalphysicsexperimentBHH1H2H3基本磁化曲线和磁滞回线BHaBsBrca'b'HmHc起始磁化曲线磁滞回线基本磁化曲线对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线,再将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线被称为基本磁化曲线。北方民族大学物理实验中心FundamentalphysicsexperimentHBO软磁材料应用硅钢片，作变压器、电机、电磁铁的铁芯，铁氧体(非金属)作高频线圈的磁芯材料。特点磁导率大，矫顽力小，容易磁化，也容易退磁，磁滞回线包围面积小，磁滞损耗小。软磁材料北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment特点剩余磁感应强度大，矫顽力大，不容易磁化，也不容易退磁，磁滞回线宽，磁滞损耗大。硬磁材料应用作永久磁铁，永磁喇叭等。HBO硬磁材料北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment应用作计算机中的记忆元件，磁化时极性的反转构成了“0”与“1”的物理载体。矩磁材料特点磁滞回线呈矩形状HBO矩磁铁氧体材料北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment了解有关铁磁性材料性质的知识；了解用示波器动态测量软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的原理；学习并体会物理实验方法中的转换测量法；掌握用示波器动态测量软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的方法.实验目的北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment实验器材:GY-4隔离变压器北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment实验器材:CZ-2磁质回线装置北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment实验器材:COS5020示波器北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment实验原理i1i2UxUyN2N1R2C隔离变压器示波器XYR1220V示波器显示B—H曲线的原理和线路北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment实验设计思想如果希望在示波器上显示出被测铁磁材料的磁滞回线，必须使输入到示波器X偏转板上的电压Ux与磁场强度H成正比，同时使输入到示波器y偏转板上的电压Uy与铁磁材料中的磁感应强度B成正比1111NiNHUxlRl该式表明了在交变磁场下，任一时刻输入到示波器上的电压降Ux与磁场强度H成正比。根据安培环路定律，磁场强度H的大小为：（1）北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment实验设计思想222dddBNNSdtdtdt为了得到和铁磁材料中的瞬时磁感应强度B成正比的Uy值，采用电阻R2和电容C组成的积分电路。线圈N1中交变磁场H在铁磁材料中产生交变的磁感应强度B，因此在线圈N2中产生感应电动势，其大小用公式（2）表示:（2）fCR212222RI当时，北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment（2）代入（3）2220222BNSNSNSdBUydtdBBCRdtCRCR该式表明示波器垂直偏转板上的电压，即电容两端的电压Uy是正比例于磁感应强度B的。电容C两端的电压：22211QUyIdtdtCCCR（3）（4）北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment实验内容在坐标纸上做出基本磁化曲线和饱和磁滞回线.给出Hm、Hc、Bs、Br的实验结果.北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment实验步骤熟悉示波器各旋钮的作用，对X轴和Y轴分别进行定标，校正X轴和Y轴上每格表示的电压值后即可以进行测量。ACACX－YX－YX－Yauto屏幕上显示磁滞回线时，示波器各旋钮的状态北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment正确连接线路，在确认变压器的输出为0伏后，接通电源；逐渐升高隔离变压器的输出电压，调节示波器的电压分度旋钮，使磁滞回线充满整个屏幕;将隔离变压器电压调至80V左右，调节示波器的电压分度旋钮，使磁滞回线充满整个屏幕；CH1通道的电压分度旋钮CH2通道的电压分度旋钮a(x,y)北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment测量初始磁化曲线必须由原始状态H＝0，B＝0开始，因此测量前必须对待测样品进行退磁，以消除剩磁。退磁的方法如图所示，须在Hm之间对样品进行反复磁化的过程中让|Hm|逐步减少，使样品沿着面积一条比一条小的磁滞回线回到原点。BH退磁实验步骤北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment实验步骤将磁场由0(电压为0)开始，逐步(电压每10V变化一步)增加至B达到饱和，记下每一步磁滞回线定点的坐标a(x,y)及所对应的电压分度值.在饱和磁滞回线上记录Hm、Hc、Bs、Br的坐标，测量时应在0、0两点进行测量，取平均值.北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment数据记录表1软磁材料基本磁化曲线绘制的测量数据隔离变压器电压值（V）0102030…………磁滞回线定点坐标x(格数)y(格数)对应的电压分度值x(V/格)y(V/格)对应的电压值Ux(V)Uy(V)H（A/m）B(T)北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment表2Hm、Hc、Bs、Br的测量数据名称坐标（格数）坐标平均值(格数)对应的电压值(V)实验值(单位)00剩磁Br矫顽力Hc饱和磁感应强度Bs饱和磁场强度Hm数据记录北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment注意事项测量前检查示波器两通道的垂直微调旋钮是否在校准位置.确定软磁材料饱和时对应隔离变压器的电压，饱和时示波器上类磁滞回线的尖端连接处的两条曲线变得重合.北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment北方民族大学物理实验中心Fundamentalphysicsexperiment如果测量前没有将材料退磁，会出现什么情况？用磁路不闭合的样品进行测量会导致什么结果？测量时磁场H是正弦变化的，磁感强度B是否按正弦规律变化？反之，若磁感强度B是正弦变化的，磁场H是否也按正弦规律变化？思考题：