《磁滞回线》的评分标准和参考答案

注：思考题参考答案见附件

思考题参考答案

1：R₁的值为什么不能大？

答： R1如果太大的话，他的信号会比较弱。

2：U _C对应的是H还是B？请说明理由？

答： 它对应的是B，因为感应电动势是由于B引起的。

3：测量回线要使材料达到磁饱和，退磁也应从磁饱和开始，意义何在？

答：形成一条闭合的曲线。

数据处理

1、磁滞回线

2、B_m=2.74T 、B_r=1.11T、H_c=274A/m。

3、

 

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铁磁材料动态磁滞回线的观测和研究的实验报告

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Hc、Br、Bm和Hm?6?1Bm等参数。 4测绘样品的磁滞回线。 【实验原理】 1起始磁化曲线和磁滞回线 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2-1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2-1 铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线 图2-2 同一铁磁材料的一簇磁滞回线 图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态即BH0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Hm时B到达饱和值BmOabs称为起始磁化曲线。图2-1表明当磁场从Hm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减少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H0时B不为零而保留剩磁Br。 当磁场反向从0逐渐变至Hc时磁感应强度B消失说明要消除剩磁必须施加反向磁场Hc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2-1还表示当磁场按Hm→0→Hc→-Hm→0→Hc→Hm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。 2基本磁化曲线 应该说明当初始态为HB0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2-2所示这些磁滞回线顶点A1、A2、A3、…的连线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2-3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。 图2-3 铁磁材料μ与H关系曲线 图2-4 不同铁磁材料的磁滞回线 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2-4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体。 3利用示波器观测磁滞回线的原理 图2-5 原理电路图 利用示波器观测磁滞回线的原理电路如图2-5所示。 待测样品为EI型矽钢片其上均匀地绕以磁化线圈N及副线圈n。交流电压u加在磁化线圈上线路中串联了一取样电阻R1。将R1两端的电压UH加到示波器的X输入端上对DC4322B示波器为通道Ⅰ。副线圈n与电阻R2和电容C串联成一回路。电容C两端的电压UB加到示波器的Y输入端上对DC4322B示波器为通道Ⅱ。下面我们来说明为什么这样的电路能够显示和测量磁滞回线。 ⑴ UHX输入与磁场强度H成正比 设矩形样品的平均周长为l磁化线圈的匝数为N磁化电流为i1注意这是交流电流的瞬时值根据安培环路定律有HlNi1即i1Hl/N。而UHR1i1所以可得 2-1 式中R1、l和N皆为常数可见UH与H成正比。它表明示波器荧光屏上电子束水平偏转的大小与样品中的磁场强度成正比。 ⑵ UBY输入在一定条件下与磁感强度B成正比 设样品的截面积为S根据电磁感应定律在匝数为n的副线圈中感应电动势应为 2-2 若副边回路中的电流为i2且电容C上的电量为q则应有 2-3 在上式中已考虑到副线圈匝数n较少因而自感电动势可忽略不计。在选定线路参数时有意将R2与C都选成足够大使电容C上的电压降UBq/C比起电阻上的电压降R2i2小到可以忽略不计。于是式2-3可以近似地改写成 2-4 将关系式 代入式2-4得 2-5 将上式与式2-2比较不考虑其负号在交流电中负号相当于相位差为±π时应有 将等式两边对时间积分时由于B和UB都是交变的积分常数为0。整理后得 2-6 至此可以看出在磁化电流变化的一周期内示波器的光点描绘出一条完整的磁滞回线。以后每个周期都重复此过程结果在示波器的荧光屏上看到一稳定的磁滞回线图形。 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Bm、剩磁Br、矫顽力HC、磁滞损耗BH以及磁导率 等参数。 图2-6 实际测量中的示意线路图 实际测量中的示意线路如图2-6所示。为了使R1上的电压降UH与流过的电流i1二者的瞬时值成正比相位相同R1必须是无感或电感极小的电阻。其次为了操作安全和调节方便在线路中采用了一个隔离降压变压器B以避免后面的电路元件与220 V市电直接相连。调压变压器用来调节输入电压u以控制磁化电流i1的大小。 【实验仪器】 THMHC型磁滞回线实验仪与磁滞回线测试仪、示波器。 【实验内容及步骤】 1电路连接选样品1按图2-9在实验仪上所给的电路图连接线路并令R12.5Ω“U选择”置于0位。UH和UB即U1和U2分别接示波器的“X输入”和“Y输入”“插孔⊥”为公共端。 2样器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BH0如图2-7所示。 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U1.5V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2-8所示这时可降低励磁电压U予以消除。 图2-7 退磁示意图 图2-8 UH和B的相位差等因素引起的畸变 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。这些磁滞回线顶点的连线就是样品的基本磁化曲线。 5观察、比较样品1和样品2的磁化性能判定两样品的软、硬磁性。U1.5 V或U2.0 VR12.5 Ω 6测绘H 曲线仔细阅读测试仪的使用说明见参考资料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U0.51.0……3.0V时的十组Hm和Bm值作H 曲线。 7令U1.5VR12.5Ω测定样品1的Bm、Br、Hc和BH等参数。 8取步骤7中的H和其相应的B值用坐标纸绘制B—H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。 【数据处理】 表2-1 基本磁化曲线与H 曲线 UV Hm×103安/米 Bm×10特斯拉 B/H亨利/米 0.5 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 表2-2 BH曲线 U1.5 VR12.5ΩHc Br Hm Bm BH No H×103A/m B×10T No H×103A/m B×10/m No H×103A/m B×10A/m 【思考题】 1铁磁物质的特点是什么 2什么是硬磁材料与软磁材料 3如何确定磁导率如何判断铁磁材料的磁滞损耗的大小 4实验中如何对材料进行退磁使材料处于磁中性状态

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磁滞回线研究

班级 姓名 学号

一、实验目的：a. 研究磁性材料的动态磁滞回线；

a)b.了解采用示波器测动态磁滞回线的原理；

b)c. 利用作图法测定磁性材料的饱和磁感应强度B,磁场强度H

二、实验仪器：普通型磁滞回线实验仪DH 4516。

实验原理：当材料磁化时，磁感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关，而且决定于磁化的历史情况，如图2.3.2-1所示。曲线OA表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，磁感应强度B随H的增加而增加，称为磁化曲线。当H增加到某一值HS时，B几乎不再增加，说明磁化已达到饱和。材料磁化后，如使H减小，B将不沿原路返回，而是沿另一条曲线ACA下降。当H从-HS增加时，B将沿A’C’A曲线到达A，形成一闭合曲线称为磁滞回线，其中H=0时，，Br称为剩余磁感应强度。要使磁感应强度B为零，就必须加一反向磁场-Hc, Hc称为矫顽力。为了使样品的磁特性能重复出现，也就是指所测得的基本磁化曲线都是由原始状态（H=0,B=0）开始，在测量前必须进行退磁，以消除样品中的剩余磁性。

1 .示波器测量磁滞回线的原理

图2.3.2-2所示为示波器测动态磁滞回线的原理电路。将样品制成闭合的环形，然后均匀地绕以磁化线圈N1及副线圈N2，即所谓的罗兰环。交流电压u加在磁化线圈上，R1为取样电阻，其两端的电压u1加到示波器的x轴输入端上。副线圈N2与电阻R2和电容串联成一回路。电容C两端的电压u加到示波器的y输入端上。

（1）ux(x轴输入)与磁场强度H成正比，若样品的品均周长为，磁化线圈的匝数为N1，磁化电流为i1（瞬时值），根据安培环路定理，有H=N1 i1,而，所以

（1）

由于式中R1、和N1皆为常数，因此，该式清楚地表明示波器荧光屏上电子束水平偏转的大小（u1）与样品中的磁场强度（H）成正比。

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铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

(动态磁滞回线实验)

　　磁性材料在科研和工业中有着广泛的应用，种类也相当繁多，因此各种材料的磁特性测量，是电磁学实验中一个重要内容。磁特性测量分为直流磁特性测量和交流磁特性测量。本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化，测得的磁感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线，或者称为交流磁滞回线，它与直流磁滞回线是有区别的。可以证明：磁滞回线所包围的面积等于使单位体积磁性材料反复磁化一周时所需的功，并且因功转化为热而表现为损耗。测量动态磁滞回线时，材料中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗，因此，同一材料的动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积稍大些。本实验重点学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法，了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线的区别。

一．实验目的

1. 了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。

2. 用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度、剩磁和矫顽力。

3. 学习示波器的X轴和Y轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。

4. 用示波器显示硬铁磁材料（模具钢）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。

 二. 实验原理

（一）铁磁物质的磁滞现象

铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。一般都是通过测量磁化场的磁场强度和磁感应强度之间关系来研究其磁化规律的。

如左图所示，当铁磁物质中不存在磁化场时，和均为零，在图中则相当于坐标原点。随着磁化场的增加，也随之增加，但两者之间不是线性关系。当增加到一定值时，不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。和分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中点)。如果再使逐步退到零，则与此同时也逐渐减小。然而，其轨迹并不沿原曲线，而是沿另一曲线下降到，这说明当下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性。将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到，这时曲线达到点(即反向饱和点)，然后，先使磁化场退回到；再使正向磁化场逐渐增大，直到饱和值为止。如此就得到一条与对称的曲线,而自点出发又回到点的轨迹为一闭合曲线,称

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用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线

【摘要】铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线，反映该材料的重要特性。软磁材料的矫顽力H_c小于100A/m，常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯。磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线。矫顽力和饱和磁感应强度B_s、剩磁B_r P等参数均可以从磁滞回线上获得.这些参数是铁磁材料研制、生产、应用是的重要依据。

【关键词】磁滞回线  示波器  电容 电阻 Bm Hm Br H

【引言】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质。本实验主要运用示波器的X输入端和Y输入端在屏幕上显示的图形以及相关数据，来分析形象磁滞回线的一些因素,并根据数据的处理得出动态磁滞回线的大致图线。

【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的动态磁化特性。

    2. 测定样品的H_D、B_r、B_S和（H_m·B_m）等参数。

    3. 测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。

【实验仪器】

电阻箱(两个),电容(3-5微法)，数字万用表，示波器，交流电源，互感器。

【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，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B＝H＝O，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H_S时，B到达饱和值B_S，oabs称为起始磁化曲线。图1表明，当磁场从H_S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＝O时，B不为零，而保留剩磁Br。

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[数据处理]

表一₁ 初始磁化曲线数据表

有公式 ：

_{由上图可以看出初始曲线过零点，说明当铁磁性材料中不存在磁化场时，H，B均为0，所以由曲线可知，B与H不是线性关系。开始B随H增加较快，最终B随H增加十分缓慢，到达磁性饱和状态}

_{表2  磁滞回线数据表}

_{表三  基本磁化曲线数据表}

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    深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称：­      大学物理实验           

实验名称：    用示波器测动态磁滞回线    

学院：          化学与化工学院         

专业：                班级：  08级(1)班 

组号：   A10    指导教师：    刘木子    

报告人：   陈汝洁   学号：  2008140059 

实验地点              902               

实验时间： 20## 年 11 月  3  日星期  二     

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