实验九 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

实验目的：

1、认识铁磁物质的磁化规律。

2、测定样品的基本磁化曲线，作?-H曲线。 3、测定样品的Hc、Br、Bm和[Hm?Bm]等参数 4、测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。

实验仪器：

示波器、磁滞回线实验箱，导线。

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，

图一 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(有剩磁)，图一为铁磁物

质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。 图一

图一中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B=H=0，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。图一表明，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=0时，B不为零，而保留剩磁Br。

当磁场反向从零逐渐变至-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。

图一还表明，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SRDS’R’ D’S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。

图二 应该说明，当初始态为H=B=0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，如图二所示,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（如图三所示）。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。

BH，因

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，图四为常见的两种类型的磁滞回线，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。

图四 图三

图一

观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示。

图五

待测样品为E1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

H?NI L为样品的平均磁路 L?I?U1N?H??U1LR1R1

(1)

(1)式中的N、L、R1均为已知常数，所以由1可确定H。在交变磁场下，样品的磁感应强度．U．．．．．瞬时值B是测量绕组n和R2C2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?n??1?2dtn? ?1B???2dt?SnS (2)

d?dt

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：

?2?i2R2?u2

式中i2为感生电流，U2为积分电容C2两端电压。设在?t时间内，i2向电容C2的充电电量为Q，则

U2?QC2

??2?i2R2?QC2

如果选取足够大的R2和C2，使

i2R2??QC2，则

?2?i2R2

?i2?dU2dQ?C2dtdt

dU2??2?C2R2dt (3)

由（2）、（3）两式可得

C2R2U2nS (4)

上式中C2、R2、n和S均为已知常数，所以由U2可确定B。 B?．．．．．．．

图六 综上所述，将图五中的U1和U2分别加到示波器的“X输入”和“Y输入”便可观察样品的B-H曲线；如将测出的U1和U2代入（1）式和（4）式，则可计算出样品的饱和磁感应

强度Bs、剩磁Br、矫顽力HD、磁滞损耗[BH]以及磁导率?等参数。

实验内容：

1、电路连接：选样品1按实验仪上所给的电路图连接线路,实验仪的X端(即U1)输入到示波器的“CH1ORX”输入端，Ｙ端(即U2)输入到“CH2ORY” 输入端，插孔?为公共端。并令