第二篇：磁滞回线

实  验  报  告

00系  20## 级 姓名  宁盛嵩  日期   2008.12.8学号PB07000675    

实验题目 ： 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，比较两种典型的铁磁物质动态磁化特性。

2、测定样品的基本磁化曲线，作μ-H曲线。

3、计算样品的H_c、B_r、B_m和（H_m·B_m ）等参数。

4、测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。

实验原理:

1、铁磁材料的磁滞现象

铁磁物质特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ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。原点0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，继之B随H迅速增长，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至H_m时，B到达饱和值，0abs称为起始磁化曲线。当磁场从H_m逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“0”点，而是沿另一条新曲线SR下降，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。

图1铁磁材料的起始磁化曲线和磁滞回线    图2同一铁磁材料的一簇磁滞回线

当磁场反向从0逐渐变至-H_C时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，H_C称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态能力，线段RD称为退磁曲线。

当磁场按H_m→0→H_C→-H_m→0→H_C→H_m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，这条闭合曲线称为磁滞回线。当铁磁材料处于交变磁场中时，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。磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

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。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μ=B/H，因B与H的关系成非线性，故铁磁材料μ的不是常数，而是随H而变化。

 

                                    

图3  铁磁材料与H的关系           图4  不同材料的磁滞回线

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。其中软磁材料磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小。而硬磁材料磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强。

2、用电脑观察和测量磁滞回线的实验原理和线路

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EI型矽钢片，N₁为励磁绕组，N₂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N₁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为样品的平均磁路长度，其中       ，所以有

式中N₁、L、R₁的均为已知常数，所以由U_H可确定H。

在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B是测量绕组和R₂C₂电路给定的，根据法拉第电磁感定律，由于样品中的磁通Φ的变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为

    S为样品的截面积。

图五  实验原理线路

如果忽略自感电动势和电路损耗，则回路方程为ε₂=i₂R₂+U_B

  式中i₂为感生电流，U_B为积分电容C₂两端电压设在Δt时间内，i₂向电容的C₂充电电量为Q，则

如果选取足够大的R₂和C₂使i₂R₂＞＞Q/C₂，则ε₂=i₂R₂

 

由（2）、（3）两式可得

上式中C₂、R₂、N₂和均S为已知常数。所以由U_B可确定B。

实验步骤：

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R₁=2.5Ω， “U选择”置于0位。实验中不用示波器，用电脑。

2、样品退磁：开启实验仪电源，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0。其目的是消除剩磁。确保样品处于磁中性状态，即B=H=0，如图6所示

3、观察磁滞回线：

 

图6  退磁示意图     图7  调节不当引起的畸变现象

4、观察基本磁化曲线：按步骤2对样品进行退磁，从U=0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。记录下这些磁滞回线顶点的连线就是样品的基本磁化曲线。

5、调节U=3.0V，R₁=0.5Ω，测定样品1的一组U_B、U_H值，并根据已知条件：L= 75mm，S=120mm²，N₁=150匝，N₂=150匝，C₂=20μF，R₂=10KΩ，电脑给出H_m、B_m。

6、改变R₁观测不同的磁化曲线。

7、观察、测量并比较样品1和样品2的磁化性能。

实验数据及计算处理:

1、样品1

(1)从U=0开始，逐档提高励磁电压到3V，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如下：

图一：改变v样品一的一簇磁滞回线图

分析：一、实验要连接各磁滞回线的顶点，电脑上无法做到，但可由由下面的H_mB_m做出图。

二、与图2中铁磁材料的一簇磁滞回线的图像很像，说明实验与理论吻合，实验成功得观察了样品一的一簇磁滞回线图。

 (2)实验中由电脑给出H_m、B_{m   如下：}

_{表一  基本磁化曲线数据}

由以上数据用Origin做出的样品一的基本磁化曲线如下：

图二：样品一的基本磁化曲线：

分析：与图1中铁磁材料的磁化曲线的大致走势非常相像，说明实验数据蛮好和实验验证了理论。  

（3）改变R₁观测样品一的不同的磁化曲线。

图三：改变R₁样品一的一簇磁滞回线图

 

分析：实验的原理为：

图中从左往右磁滞回线对应的R1变小。电压U不变改变电阻R1时，B不变，所以B的范围是不变的，实验结果也确实如此；H会变化，所以实验的结果中出现了R1越小，H就越大，曲线的切线的斜率就越小，故磁滞回线越宽、越长。

交点处是H回到零点而剩磁B是一样的，所以它们交在一个点上。

2、样品2

图四：改变v样品二的一簇磁滞回线图：

分析：（实验要连接各磁滞回线的顶点以得到基本磁化曲线，电脑上无法做到，故略去）实验得到的磁滞回线与标准图样相比基本相同，验证了理论。

3、对比样品一与样品二：从图一和图四可以看到在v不变的情况下，样品一的磁滞回线狭长，说明样品一的矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，而样品二的磁滞回线较宽，说明样品而的矫顽力大，剩磁强。故实验最终得到的结果就是：（1）样品一为软磁材料，样品二为硬磁材料：（2）样品1的磁化性能比样品2的磁化性能差。

实验小结：

1、 实验的原理比较简单，由于是合作，操作也不复杂，比上次的直导体外的磁场的测量好多了。

2、 实验很直观。

3、 实验的结果与标准值非常的吻合，说明实验的结果很好，数据比较的正确。

4、 试验中应该注意每测量玩一次都要进行退磁，否则结果会有比较大的误差。

5、 实验中可以看到，电压越高，磁滞回线围得面积越大，说明电压高导致被磁化得越强，剩磁就越多。

6、 实验基本没有数据的处理，这个也算实验不复杂的原因吧。