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1、电磁学综合设计性实验报告 实验名称：铁磁材料磁滞回线的研究 姓 名: 田 园 班 级：物理学（师范）1班 学 号：12013241682 同组同学：陈宏塔 实验时间：2014-6-8 指导教师：赵永斌 实验成绩： 目录摘要 2关键字2实验目的 2实验仪器 2实验原理 2实验内容与步骤 5数据记录及处理 6误差分析 9实验结论 9心得体会 10参考文献 10铁磁材料磁滞回线的研究 摘 要：铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率很高。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。研究铁磁材料的特性有着重要的意义，它在传统工业、生物医学中磁应
2、用、军事领域以及考古天文地址采矿界领域都有着广泛的应用。研究铁磁材料重要的方法是测量和分析磁滞回线和基本磁化曲线。关键词：铁磁材料；磁滞回线；基本磁化曲线一，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H曲线。 3. 测定样品的HD、Br、BS和（HmBm）等参数。 4. 测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。二，实验仪器DH4516型磁滞回线实验仪，数字万用表，示波器。三，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，故磁导率很
3、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BHO，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HO时，B不为零，而保留
4、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HSOHD-HSOHDHS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1 铁磁质起始磁化 曲线和磁滞回线图 3 铁磁材料与H并
5、系曲线 应该说明，当初始态为HBO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
6、体。图5 实验线路图 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 (2)S为样品的截面积。如果忽略自感电动势和电路损耗，则回路方程为式中为感生电流，UB为积分电容C两端电压,
7、设在t时间内，i2向电容的充电电量为Q，则 如果选取足够大的R2和C，使i2R2Q/C，则 (3)由（2）、（3）两式可得 （4）上式中C、R2、n和S均为已知常数。所以由UB可确定B0 综上所述，将图5中的UH和UB分别加到示波器的“X输入”和“Y输入”便可观察样品的BH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Rr、矫顽力HD、磁滞损耗WBH以及磁导率等参数。四，实验内容与步骤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R12.5，“U选择”置于O位。UH和UB分别接示波器的“X输入”和“Y输入”，插孔为公共端。2. 样品退磁：开启实验仪
8、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BH0，如图6所示。图6 退磁示意图 图7 UB和B的相位差等因素引起的畸变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U2.2V，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U0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
9、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U0.5，1.03.0V时的十组Hm和Bm值，作H曲线。7. 令U3.0V，R12.5测定样品1的BS,Rr,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BH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。五，数据记录及处理电容C(F)：10 电阻R1()：12 电阻R2(k)：16 截面S(mm2)： 208励磁绕组N1(砸)：2
10、000 测量绕组N2(砸)：121 平均磁路L(mm)：132灵敏度：X-50mV/格，Y-50mV/格 温度：26.4C 湿度：26%1,样品的基本磁化曲线测量表一 ：基本磁化曲线与H曲线U(mV)01020304050607080X(格）00.81.11.41.72.22.83.44.7Y（格）00.30.711.41.82.12.52.8B(T)00.0954 0.2225 0.3179 0.4450 0.5722 0.6675 0.7947 0.8900 H(A/m)050.5051 69.4444 88.3838 107.3232138.8889176.7677214.6465296
11、.7172B/H (104mT/A)018.8811 32.0407 35.9640 41.4644 41.1952 37.7622 37.0218 29.9955 作图如下： 2，U=80V的磁滞回线测量表二:磁滞回线(U=80V) 作图如下： 3，U=80V时，Hc,Hm的测量 根据实验数据，得， Hc: x1=-1.4, x2=1.3 Hm: y1=1.7, y2=-1.7六，误差分析1,仪器老化精度降低。2,实际电压与所标注理论电压不符。3,仪器长时间使用，内阻变化，影响实验。七，实验结论 通过测绘磁滞回线和磁化曲线可以判断材料是硬磁材料还是软磁材料，还有磁化能力等。软磁材料的特点是：
12、磁导率大，磁滞损耗小，磁滞回线呈长条状；硬磁材料的特点是：剩磁大，磁滞特性显著，磁滞回线包围的面积肥大。由于铁磁材料磁化过程的不可逆性即具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线时，首先必须对铁磁材料预先进行退磁，保证外加磁场H=0时B=0。铁磁材料的磁化过程是不可逆过程。铁磁材料在外加磁场中被磁化时，外加磁场强度H与铁磁材料的磁感应强度B的大小是非线性关系。从铁磁材料的起始磁化曲线和磁滞回线可以看到，外加磁场强度H从Hm减小到零时的退磁曲线与磁场H从零开始增加到Hm时的起始磁化曲线不重合，说明退磁过程不能重复起始磁化过程的每一状态，所以铁磁材料的磁化过程是不可逆过程。八，心得体会通过这次创新实
13、验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我受益匪浅。在实验过程中,我深深感受到团队合作的重要性和必要性，同时也学到了很多东西，在一定程度上提高了自己的学习和创新能力。参考文献1、丁慎训、张连芳. 物理实验教程. 北京：清华大学出版社，2002年.2、任隆良、谷晋骐. 物理实验. 天津：天津大学出版社，2003年.3、贾玉润、王公治、凌佩玲. 大学物理实验. 上海：复旦大学出版社，1987年.4、王惠棣、柴玉瑛、邱尔瞻等. 物理实验. 天津：天津大学出版社，1989年.5、赵觊华、陈熙谋. 电磁学. 北京：人民教育出版社，1978年.6、杭州天科技术实业有限公司. TH/KH-MHC型智能磁滞回线实验仪.
