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1、示范报告 实验名称实验名称 霍尔法测量铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线霍尔法测量铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线 一.目的与要求 1.了解产生霍尔效应的机理。 2.了解用霍尔效应测量磁场的原理和基本方法 3.认识铁磁物质的磁化规律，测定样品的磁化曲线。 4.测绘样品的磁滞回线，测定样品的 Hc、Br、Hm、Bm 二.原理 1.铁磁材料的磁化及磁导率 铁磁物质的磁化过程很复杂， 这主要是由于它具有磁滞的特性。 一般都是通过测量磁化场的磁场强度和磁感应强度之间的关系来研究其磁性规律的。 图 1 起始磁化曲线和磁滞回线 当铁磁物质中不存在磁化场时，和均为零，即图中曲线的坐标原点。随着磁化场的增加，也随之增加
2、，但两者之间不是线性关系。当增加到一定值时，不再增加（或增加十分缓慢） ，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。m和m分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度（对应于图中点） 。如果再使逐渐退到零，则与此同时也逐渐减少。 然而和对应的曲线轨迹并不沿原曲线轨迹返回， 而是沿另一曲线下降到r，这说明当下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性，这种现象称为磁滞，r称为剩磁。将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到c，磁感应强度消失，这说明要示范报告 消除剩磁，必须施加反向磁场c。c称为矫顽力。它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力。图表明，当磁场按mcmcm次序变化时，所经历的相应变化为mrmrm。 于是得到一条闭
3、合的曲线， 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） ，它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.曲线的测量方法 将待测的铁磁材料做成环形样品， 绕上一组线圈， 在环形样品的中间开一极窄的均匀气隙，在线圈中通以励磁电流，则铁磁材料即被磁化，气隙中的磁场应与铁磁材料中的磁场一致。如果样品截面的线度与气隙的宽度比例恰当，则气隙中有一定区域的磁场是均匀的。若在线圈中通过的电流为 I，则磁化场的磁场强度 H 为 H=NIl其中 N 为
4、磁化线圈的匝数，l 为样品平均磁路长度。变化通电线圈中的励磁电流，磁场强度 H 也作相应的变化，用特斯拉计测得气隙中均匀磁场区域内的磁感应强度 B 与 H 的对应关系，即能得到该铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线，从中测得剩磁、矫顽力及饱和磁感应强度等表征铁磁材料基本磁特性的物理量 三.仪器 HM 1 霍尔法磁化曲线与磁滞回线实验仪， 其中包括：SXG 2000 数字式毫特计（实验仪的右侧） ， 量程 2000 mT； IS600 恒流电源 （实验仪的左侧） ， 可调恒定电流 0 600.0 mA；实心铁芯样品（绕有 2000 匝励磁线圈，截面长 2.00cm 、宽 2.00cm，气隙间隔 2.0m
5、m，样品的平均磁路长度为 24.00cm） 四.实验内容与步骤 1.铁磁材料磁隙磁场分布的测量和样品退磁 样品气隙中的磁场分布与横向位置 X 有关，测试时，应将毫特计的霍尔探头置于磁感应强度最大值的均匀区域内。我们可以测量样品中剩磁的磁感应强度 B 与 X 的关系，来确定测试磁化曲线和磁滞回线时探头的放置位置。 转动霍尔探头支架上的鼓轮，将探头平行地插入气隙，注意不能与样品接触。线圈通以示范报告 一定的直流电流，用毫特计沿 X 方向等间隔（1.0mm）测出磁场分布，以均匀区域内最大值处为测量点。 由于铁磁材料中有剩磁存在，在测量磁化曲线和磁滞回线前必须对样品进行退磁处理。在测量点，将励磁电流调
6、到 600mA，然后减小到零，再把电流反向，调到 600mA，然后也调到零。这样，不断改变电流方向，同时逐渐减小励磁电流的大小，重复上述过程直至毫特计示值为零，退磁完成。 2.起始磁化曲线的测量。 励磁电流 I 以 50mA 为间隔从零开始逐渐增加， 直至磁感应强度 B 趋向饱和， 即测得起始磁化曲线。 3.磁滞洄线的测量。 为了得到一个中心对称而稳定的磁滞回线， 在测量磁滞回线之前必须对样品进行反复磁化，称为磁锻炼。磁锻炼是这样实现的：当测量起始磁化曲线 B 增加得十分缓慢（即达到饱和状态）时，励磁电流 Im，保持 Im不变，把双刀换向开关来回拨动 10 次即可。在拉动开关时，触点从接触到断
7、开的时间应该长些。磁锻炼后就可以测量磁滞回线。 调节励磁电流从饱和电流 Im开始，每隔 50mA 减小到零，然后双刀换向开关将电流换向，电流反向从零增加（每隔 50mA）到 Im，这样使励磁电流 I 经 Im0 -Im 0 Im 变化（每隔 50mA） ，记录相应的磁感应强度 B 值。由励磁电流 I 可得到 H。在直角坐标纸上作铁磁材料样品的起始磁化曲线和磁滞回线，读出该样品的饱和磁感应强度 Bm、矫顽力 HC以及剩磁 Br。由于 H 数据有效数字比较多，在直角坐标纸上画出 BH 曲线不易，我们可以作 BI 曲线，二者变化规律相同，同样在图上可读出 Bm和 Br ，至于矫顽力 HC，可以先读出
8、 IC （即对应于 HC的电流） ，再用公式 H = IlN计算得到。 五.数据处理与分析 1.铁磁材料磁隙磁场分布 X(mm) -10.0 -9.0 -8.0 -7.0 -6.0 -5.0 B(mT) 113.5 124.3 124.5 124.9 124.8 124.8 X(mm) -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 B(mT) 124.8 124.7 124.6 124.5 124.5 124.5 X(mm) 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 B(mT) 124.4 124.4 124.3 124.2 124.1 123.8 X(mm) 8.0 9.0
9、10.0 B(mT) 121.9 106.1 78.3 示范报告 磁隙磁场分布曲线如下图所示： -12 -10-8-6-4-2024681012707580859095100105110115120125130B(mT)X(mm)2.铁磁材料起始磁化曲线 测量点位置 XB=-2.0； 励磁电流 I(mA) 0.0 52.2 100.1 150.2 199.7 251.9 299.1 磁感应强度 B(mT) 0.2 17.8 41.5 78.0 124.7 175.0 214.6 励磁电流 I(mA) 350.4 399.9 451.5 500.4 551.7 600.1 磁感应强度 B(mT)
10、 255.4 290.7 323.0 347.4 369.0 385.7 3.铁磁材料磁滞洄线 励磁电流 I(mA) 600.1 549.7 499.5 450.2 399.7 350.1 299.1 磁感应强度 B(mT) 385.7 380.1 373.8 366.5 356.7 346.4 331.6 励磁电流 I(mA) 249.7 199.6 149.8 97.1 49.2 0.2 -50.1 磁感应强度 B(mT) 311.9 284.8 249.8 204.7 159.2 111.7 60.6 励磁电流 I(mA) -101.6 -151.0 -200.6 -250.2 -300
11、.0 -350.4 -399.9 磁感应强度 B(mT) 8.3 -41.1 -90.0 -137.7 -185.9 -232.8 -275.0 励磁电流 I(mA) -450.3 -500.7 -552.2 -601.8 -548.7 -500.7 -450.3 磁感应强度 B(mT) -313.2 -344.1 -369.1 -387.0 -382.2 -376.3 -369.0 励磁电流 I(mA) -400.3 -350.1 -298.3 -250.2 -200.2 -150.1 -101.5 磁感应强度 B(mT) -359.2 -349.2 -334.0 -314.9 -287.7
12、 -252.2 -208.8 励磁电流 I(mA) -49.4 0.4 50.9 100.4 151.7 200.4 253.9 磁感应强度 B(mT) -160.8 -110.8 -58.7 -7.6 45.5 95.3 149.2 励磁电流 I(mA) 300.4 350.2 400.5 451.2 502.7 550.3 600.3 磁感应强度 B(mT) 194.1 239.8 281.6 318.1 347.8 369.0 385.9 示范报告 -700-600-500-400-300-200-100 0 100200300400500600700-450-400-350-300-250-200-150-100-50050100150200250300350400450HmHcHcBmBrB(mT)I(mA)Br如图可知，饱和磁感应强度 Bm=379.7mT；剩磁 Br=114.7mT；利用公式 H=NIl，矫顽力为：3 C22000H =108.31 10902.58(/)24.0 10CNIA ml 饱和磁化强度为：3 m22000H =595.0 104958.3(/)24.0 10mNIA ml
