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1、实验 7.1 磁性材料 B-H 特性的测量实验时间：2010 年 11 月 4 日【摘要】磁滞回线是表征磁性材料性质的重要的特征曲线，通过本次实验来了解磁性材料的某些特征量，学习用法拉第感应法加电子有源积分器测量软、硬材料的 B-H 回线及某些特征量。【引言】磁性材料，一般指具有特此性或亚铁磁性并具有实际应用价值的磁有序材料。广义的磁性材料也包括具有实用价值或可能应用的反铁磁材料或其他弱磁性材料。磁性材料种类很多，应用也千差万别，磁特性参量不少。从技术应用角度出发，常关注材料的曲线。【关键词】磁滞回线电子有源积分器【正文】一、实验原理1.磁性材料自然界中的任何物质均有磁性，故其处于磁场中时，均
2、或多或少地被磁化。假如用表示体积磁化强度（单位体积内的磁矩） ，则， 为体积磁化率。我们可根据 的大小、符号及其他特性，大体上将物质磁性分成五种：1.逆磁性。此种磁性的 0，即磁化强度与磁化场相反取向；值很小，约0506，且和温度无关。很多非金属如 Si、S等及有机化合物类，多表现为此种磁性；2.顺磁性。其 0，即磁化强度和磁化场同向；其数值也很小，约04 左右，且与温度有关：多数服从居里外斯定律 c（P） ，少数服从居里定律 x=/T。P 为顺磁居里点，在通常情况下， 和磁化场无关。许多稀土和过渡族金属的盐类表现出此种磁性；3.反铁磁性。这种磁性的 和上述的顺磁性相似，在较高温度时服从居里外
3、斯定律，c（a） ，不过 a 常为负值，并非真实的相变温度。真实的相变温度为 N（称为耐尔点） ， 在N 范围内为典型的顺磁特性，而N 范围内其值反而随温度的降低而减小；4.铁磁性。这是较复杂而对人类最有用的磁性之一，其 既与温度、又与磁场有复杂的关系，当f 时，此类物质表现出典型的顺磁性， 值也较低；但在f 区间，-呈复杂的关系，出现铁磁性， 值与磁化场有关，其最大值因材料而异，在0005 范围内。称相变点 f 为铁磁居里点；5.亚铁磁性。这是一种更为复杂的磁性，其宏观行为极似于铁磁性，只是此种磁性来源于物体内的大小不等但反向耦合的未抵消磁矩部分，故其 M 随温度的变化更复杂。以上的五类磁性
4、中，前三种为弱磁性，后两种为强磁性。2.原理介绍磁学量多数为导出量，例如电流、电压、作用力等可以直接测量，但磁通、磁感应强度等必须借助热学的、电学的、光学的物理量测量结果推算出来。常用的且方便的方法是利用电磁感应定律，从测量的电学量推算出磁学量。根据法拉第定律，一个开路线圈内的磁通发生变化时，其两端产生感应电压 。如果线圈横截面积、匝数均为定值，则 。对感应电压积分 ,则, 则 。对线圈两端感应电压进行积分，有许多办法和仪器。如冲击检流计、磁通计、-积分器、电压频率变换数值积分器、-有源积分器等等，近年用得比较普遍的是-有源积分器。基本的-有源积分器如图（1）所示。考虑到运算放大器有很大的输入
5、阻抗和输入端可看成“虚地”的性质，有如下关系。()=()+1()0()=1()若适当选择、的数值，满足 ，f 为输入信号频率，则1/2()()0()1()若 ()=()=()0()=()=即：=03.仪器构成。图（2）是根据法拉第感应定律用有源积分器进行-磁滞回线测量的仪器框图。其中函数发生器和功率放大器给磁化装置提供随时间变化的磁化电流，磁通变化率检测装置（检测线圈）将感应电压 送给积分器，积分器()=()输出与磁通道 成正比的信号至-记录设备的输入端。外加磁场测量装置测出与磁场对应的信号送至-记录设备的输入端。于是记录到 -曲线。再通过 与的关系算出-曲线。反馈网络是为了控制函数发生器的扫
6、描速度在 变化剧烈区间，变化缓慢些，以便记录更精确。二、实验仪器电脑 有源积分器 线圈四、实验数据处理实验中所使用的测量样品的几何参数如下表：样品 直径（cm） 面积（cm 2） 匝数实心磁铁 2.70 5.723磁环 2.42 1.11 3.63线圈 1 10线圈 2 2.82 6.243（1）对于实心磁铁。实验中测得的 B-H 曲线如下图：从图中可以得到剩磁 为 200mT，而矫顽力 为 180mA/m.所以最大磁能积rBcBH为 36mTA/m.（2）空心圈和空心材料利用公式 ，其中 为线圈常数。对空线圈测量得到 曲线，aHsn0 H对上图中的数据点用线性公式 y=ax+b 拟合的斜率 a= 3.027533.0275H对于空心铁氧体材料，则得到 图为：H五、实验讨论与实验思考题1、讨论2、实验思考题（1）如何利用 B-H 曲线算出内禀矫顽力？答：利用 B= 。（2）用作图法求得的最大磁能积（BH） M与计算的（BH） M有何差别？答：做图法是将曲线近似为直线处理的，而计算出来的是更为准确的。【参考文献】近代物理实验 第二版 黄润生 沙振舜 唐涛 编 南京大学出版社
