铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料铁、钻、镍及其众多合金以及含铁的氧化 物（铁氧体）均属铁磁物质铁磁材料的性能需通过相关曲线及有关参数进行了解，以便根 据不同的需要合理地选取铁磁材料本实验主要学习铁磁材料有关曲线的描绘方法及材料参 数的测量方法一、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p -H曲线3、 测定样品的Hc、Br、Hm、Bm和（H・B）等参数4、 测绘样品的磁滞回线，估算磁损耗二、实验原理铁磁材料在外磁化场作用下可被强烈磁化，故磁导率p很高另一特征是磁滞，就是磁 化场作用停止后，铁磁物质仍保留磁化状态用图形表示铁磁物质磁滞现象的曲线称为磁滞 回线，它可以通过实验测得，如图3.3-1所示当磁化场H逐渐增加时，磁感应强度B将沿OM增加，M点对应坐标为（Hm、Bm）， 即当H增大到Hm时、B达到饱和值BmOM称为起始磁化曲线，如果将磁化场H减小B 并不沿原来的曲线原路返回，而是沿Mr曲线下降，即使磁化场H减小到零时，B仍保留 一定的数值Br，OR表示磁化场为零时的磁感应强度，称为剩余磁感应强度（Br）。
当反向 磁化场达到某一数值时，磁感应强度才降到零强制磁感应强度B降为零的外加磁化场的 大小Hc，称为矫顽力当反向继续增加磁化场，反向磁感应强度很快达到饱和心'（一Hm、 -B ）点，再逐渐减小反向磁化场时，磁感应强度又逐渐增大图3.3-1还表明，当磁化场 m按Hm一O一Hc—-Hm一O一 H'c 一Hm次序变化时，相应的磁感应强度 B则沿闭合曲线 MRCM'RC M变化，这闭合曲线称为磁滞回线由于铁磁物质处在周期性交变磁场中， 铁磁物质周期性地被磁化，相应的磁滞回线称为交流磁滞回线，它最能反映在交变磁场作用 下样品内部的磁状态变化过程，磁滞回线所包围的面积表示在铁磁物质通过一磁化循环中所 消耗的能量，叫做磁滞损耗，在交流电器中应尽量减小磁滞损耗从铁磁物质的性质和使用 方面来说，它主要按矫顽力的大小分为软磁材料和硬磁材料两大类软磁材料矫顽力小，磁滞回线狭长，它所包围的“面积”小，在交变磁场中磁滞损耗小，因此适用于电子设备中的 各种电感元件、变压器、镇流器中的铁芯等硬磁材料的特点是矫顽力大，剩磁Br也大， 这种材料的磁滞回线“肥胖”，磁滞特性非常显著，制成永久磁铁用于各种电表、扬声器中 等，软磁与硬磁材料的磁滞回线如图3.3-2所示。
应该说明，当初始状态为H=B=0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依（a）软磁材料磁滞回线 （b）硬磁材料的磁滞回线图3.3-2软、硬铁磁材料磁滞回线比较次进行磁化时，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图3.3-3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|J =B，因为BH与H非线性，故铁磁材料的p不是常数而要随磁化场H而变化，如图3.3-4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3.3-3同一铁磁材料的一簇磁滞回线 图3.3-4铁磁材料p与H关系曲线观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图3.3-5所示待测样品为EI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0.5A设通过N的交流励磁电流为七，根据安培环路定律K0 AC220V励磁电流取样电阻H = *样品的磁化场强L为样品的平均磁路长度H =N • ULR ii式中的N、L、、均为已知常数，所以由U1可确定H所以(3.3-1)又因为(3.3-1)在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B可由测量绕阻n和R2C电路求出，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应电动势的大小为 d^ £ = n— dt1f i? =一 J £ dt n(3.3-2)© 1 rB=〔=——J £ dtS nSS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£ = i2 R2 + U 2式中i2为次级线圈中的电流，U2为积分电容C两端电压，设在At时间内i2向电容C 的充电量为Q，3 C则 e = i2 R2如果选取足够大的R2和C，使i2R2>>Q，则近似有£ = i2 R2, dQ 八 dU又因为广;=C--^7 dt dtdU(3.3-3)所以 £ = CR ——22 dt由(3.3-2)、(3.3-3)两式可得B=竺. UnS 2上式中C、R2、n、S均为已知常数，所以由U2可确定B综上所述，将图3.3-5中的U1和U2分别加到示波器的“乂输入”和“丫输入”端便可 观察到样品的B-H曲线，如将U1和U2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p等参数三、实验仪器TH-MHC型智能磁滞回线测试仪（包括实验仪、测试仪）双踪示波器四、 实验内容及要求1、 连接电路：选择样品1按实验仪上所给的电路图连接线路，并令R「2.5Q，“U选择” 置于0位置UH和UB （即U1和U2）分别接示波器的“乂输入”和“丫输入”，插孔“上” 为公共端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增到3V，然后逆时针方向转动旋钮，将U从最大值降为0V，其目的是消除剩磁， 确保样品处于磁中性状态，即B=H=0。
3、 观察磁滞回线：开启示波器电源，令光点位于坐标原点（0，0），令U=2.2V，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，这是因为U2和B的相位差等因素引起的畸变，可降低励磁电压U予以 消除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这些磁滞回线顶点的连线就是 样品的基本磁化曲线，借助长余辉示波器便可观察到该曲线的轨迹5、 观察和比较样品1和样品2的磁化性能6、 测绘p -H曲线：仔细阅读测试仪的使用说明，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U=0.5、1.0、12T.0V时十组Hm和Bm值，作p —H曲线 m m7、 令U=3.0V，R「2.5Q，测定样品的Bm，B『，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五、 思考题：1、 如何利用测试仪比较样品1和样品2的磁化性能？2、 将U1接至示波器的X输入端，将U2接至示波器的Y输入端，为什么能用电学量U 来测量H和B?3、 用本实验装置，如何测量交流基本磁化曲线？4、 磁滞回线包围面积的大小有何意义？5、 分别说明Hm、Bm、Hc、Br的物理意义。