实验2 0铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料如航天、通信、自动化仪表及 控制等都无不用到铁磁材料（铁、钴、镍、钢以及含铁氧化物均属铁磁物质） 因此，研究铁磁材料的磁化性质，不论在理论上，还是在实际应用上都有重大的 意义本实验使用单片机采集数据，测量在交变磁场的作用下，两个不同磁性能 的铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线预习重点】（1）看懂实验原理图及接线图2）复习示波器的使用方法参考书：《电磁学》下册，赵凯华、陈熙谋著，第五、六章；《大学物理学》 电磁学部分，杨仲耆等编，第六章仪器】磁滞回线实验组合仪、双踪示波器原理】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H和磁感应强度B之间的关系来研究其磁性规律的图2 0 — 1起始磁化曲线和磁滞回线BB7/井//H图2 0 — 2基本磁化曲线当铁磁物质中不存在磁化场时，H和B均为零，即图2 0 — 1中B〜H曲线 的坐标原点0随着磁化场H的增加，B也随之增加,但两者之间不是线性关系 当H增加到一定值时，B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。
H和B分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度（对应于图中d mm点）如果再使H逐渐退到零，则与此同时B也逐渐减少然而H和B对应的曲 线轨迹并不沿原曲线轨迹&0返回，而是沿另一曲线db下降到B，这说明当rH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，B称为剩r磁将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到H = — H ,磁感应强度消失，这c说明要消除剩磁，必须施加反向磁场H °H称为矫顽力它的大小反映铁磁材cc料保持剩磁状态的能力图2 0 — 1表明，当磁场按H f0f—H f—H ~0m c mfH fH次序变化时，B所经历的相应变化为B fB f0f—B f—B f0c m m r m rfB于是得到一条闭合的B〜H曲线，称为磁滞回线所以，当铁磁材料处m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f去磁f反 向磁化f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应该说明，对于初始态为H=0,B = 0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱 到强依次进行磁化的过程中，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图2 0 — 2所示。
这些磁滞回线顶点的连线称BP-B0H图2 0 — 3铁磁材料“与H关系曲线为铁磁材料的基本磁化曲线由此可近似确定其磁导率p =B/H因B与H非线性，故铁磁材料的p不是常数，而是随H而变化，如图2 0 — 3所示 在实际应用中，常使用相对磁导率p /pp为真空中的磁导率，铁磁材r 0 0 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一2)B〜H曲线的测量方法实验线路如图2 0—4所示待测样品为E1型矽钢片，励磁线圈匝数N1=50 ；用来测量磁感应强度B而设置的探测线圈匝数N =150；R为励磁 21电流取样电阻，R为0 . 5 Q〜5 . 0 Q设通过励磁线圈的交流励磁电流为I ,1 1根据安培环路定律，样品的磁化场强L2 0式中：L为样品的平均磁路，本实验L=6 0. Omm设R的端电压为U ,1 1则可得因此， （20 — 2）式（2 0 — 2 ）中的N , L,1R均为已知常数，所以由U可确定H11图20—4磁滞回线测量线路样品的磁感应强度B的测量是通过探测线圈和R C组成的电路来实现的22根据法拉第电磁感应定律，在交变磁场下由于样品中的磁通量cp的变化，在探测线圈中产生的感生电动势的大小由式（2 0 — 3）可推导出S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E=I R +U2 2 2式中：I为感生电流；U为积分电容C两端电压设在△ t时间内，1向电2 2 2 2容C的充电电量为Q,贝y2U =Q/C22因此E=I R +Q/C2 2 2如果选取足够大的R和C ,使I R >>Q/C ,2 2 2 2 2则 E=I R22所以由式（2 0 — 4）和式（2 0 — 5）可得B 当(2 0 — 6)式中：C ,R ,N和S均为已知常量（本实验中C =20》F,R =10k2 2 2 2 2Q , S = 8 0mm2），所以测量U可确定B2实验要求】(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 = 2.5Q； “ U选择”置于0位U和U (即U和U )分别接示波器的“xH B 1 2输入”和“y输入”，插孔丄为公共端2) 样品退磁：开启实验仪电源，对试样进行退磁，即按顺时针方向转动 “U选择”旋钮，使U从0V增加至3V,然后逆时针方向转动旋扭使U从最大值降为0V,其目的是消除剩磁，即退磁过程，确保样品处于磁中性状态，即H =B= 0，如图20 — 5所示图20—5 退磁过程(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U =2 . 2V，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(若图的顶部出现编织状的小环，可适当降低励磁电压U予以消除)。
4) 观察基本磁化曲线：按实验要求(2)对样品进行退磁，从U=0开 始，逐步提高励磁电压，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，借助长余辉示波器，可观察到该曲线的轨迹5) 观察比较样品1和样品2的磁化性能6) 测卩〜H曲线：仔细阅读测试仪的使用说明，连接实验仪和测试仪 之间的连线开启电源，对样品进行退磁后，按测试仪使用说明依次测定U=0 . 5,1 . 0,-,3. 0V时的10组H和B值，作卩〜H曲线mm(7) 令U=3 .0V，R = 2.5Q测定样品1的B ,B，H等参数1 m r c(8) 取实验要求(7)中的H和其相应的B值，用坐标纸绘制B〜H曲线， 实验数据点数可取3 2〜4 0点即每象限8〜10点思考题】(1) 观察样品1和样品2的磁滞回线的不同，说明样品1和2的磁性优劣？ 哪个样品为软磁材料，哪个样品为硬磁材料？(2) 变压器铁心用矽钢片叠合制成，为什么要用磁性能好的软磁材料制作？。