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1、物理实验中心物理实验中心铁磁材料铁磁材料 磁滞回线与磁化曲线的测定主讲：巫志玉物理实验中心物理实验中心 发电机发电机磁存储器磁存储器磁悬浮列车磁悬浮列车司南司南核磁共振仪核磁共振仪变压器变压器物理实验中心物理实验中心一、实验目的1 1、了解铁磁材料的磁化规律、了解铁磁材料的磁化规律 2 2、理解铁磁材料的几个基本概念、理解铁磁材料的几个基本概念3 3、掌握磁滞回线与磁化曲线的测定方法掌握磁滞回线与磁化曲线的测定方法 物理实验中心物理实验中心二、仪器用具FB310CFB310C磁滞回线组合实验仪磁滞回线组合实验仪物理实验中心物理实验中心三、实验原理1 1、磁性材料、磁性材料( (磁介质磁介质)
2、)处在磁场中与磁场发生相互作用能够被磁化的物质处在磁场中与磁场发生相互作用能够被磁化的物质顺磁质顺磁质：氮、氧、铝、铬等氮、氧、铝、铬等(r r11，BB与与B B0 0同向，弱磁性同向，弱磁性) )抗磁质抗磁质：金、银、铜、铅等金、银、铜、铅等(r r111，BB与与B B0 0同向，强磁性同向，强磁性) )软磁软磁：变压器铁芯等变压器铁芯等( (矫顽力、剩磁、磁滞损耗小矫顽力、剩磁、磁滞损耗小) )硬磁硬磁：永久磁铁等永久磁铁等( (矫顽力、剩磁、磁滞损耗大矫顽力、剩磁、磁滞损耗大) )矩磁矩磁：锰镁铁氧体等锰镁铁氧体等( (剩磁与饱和磁感应强度相等剩磁与饱和磁感应强度相等) )分分类类磁
3、导率高、磁滞性、居里点磁导率高、磁滞性、居里点物理实验中心物理实验中心2 2、铁磁材料的磁化规律、铁磁材料的磁化规律磁性材料的磁感应强度磁性材料的磁感应强度B B随磁场强度随磁场强度H H变化的曲线称变化的曲线称为为磁化曲线磁化曲线，也叫，也叫B BH H曲线，它们之间的关系为曲线，它们之间的关系为B=HB=H。然而铁磁材料的磁导率。然而铁磁材料的磁导率不是常量，因此不是常量，因此B B与与H H是非线性关系。是非线性关系。 MNPOO磁化曲线是用来描述铁磁性物质磁化特性的。磁化曲线是用来描述铁磁性物质磁化特性的。物理实验中心物理实验中心(1)(1)铁磁材料的铁磁材料的起始磁化曲线起始磁化曲线
4、对处于磁中性对处于磁中性(B=H=0)(B=H=0)的铁磁材料的铁磁材料进行磁化，进行磁化，B B随随H H变化并在某时变化并在某时B B达达到饱和时的曲线。到饱和时的曲线。B HO B=H(2)(2)铁磁材料的铁磁材料的磁滞回线磁滞回线磁滞现象磁滞现象磁性材料在交变磁场中反复磁化，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-HB-H关系曲线关系曲线是一条封闭的曲线，这条曲线就叫磁滞回线。是一条封闭的曲线，这条曲线就叫磁滞回线。磁滞回线磁滞回线磁性材料中磁感应强度磁性材料中磁感应强度B B的变化总是落后于外磁场的变化总是落后于外磁场变化的现象。变化的现象。物理实验中心物理实验中心BHo.ab.s.c
5、-H-H.scH H.sBsH.dsBs-H.铁磁材料的磁滞回线铁磁材料的磁滞回线起始磁化曲线起始磁化曲线饱和磁感应强度饱和磁感应强度B Bs sr rB B B B剩余磁感应强度剩余磁感应强度矫顽力矫顽力H Hc c.rB Bc.磁滞回线的特点磁滞回线的特点磁饱和性、磁滞性、不可逆性、中心对称性、磁饱和性、磁滞性、不可逆性、中心对称性、存在居里点。软磁磁滞回线较窄，硬磁磁滞回线较宽存在居里点。软磁磁滞回线较窄，硬磁磁滞回线较宽磁滞回线磁滞回线顶点顶点物理实验中心物理实验中心(3)(3)铁磁材料的铁磁材料的基本磁化曲线基本磁化曲线对同一铁磁材料从磁中性时由交变磁场由弱到强对同一铁磁材料从磁中性
6、时由交变磁场由弱到强依次进行磁化，可得到面积由小到大的一簇磁滞回依次进行磁化，可得到面积由小到大的一簇磁滞回线，将各条回线的顶点连接起来所得的曲线线，将各条回线的顶点连接起来所得的曲线基本的磁化曲线基本的磁化曲线饱和的磁滞回线饱和的磁滞回线( (面积不再增加面积不再增加) )磁滞回线磁滞回线基本磁化曲线与起始磁化曲线差别很小基本磁化曲线与起始磁化曲线差别很小 ( (磁性材料在磁中性下磁化时，基本磁化曲线就是起始磁化曲线磁性材料在磁中性下磁化时，基本磁化曲线就是起始磁化曲线) )物理实验中心物理实验中心(4)(4)铁磁材料的铁磁材料的磁滞损耗磁滞损耗Ph=fV HdB= Ch f Bm nVB
7、Bm m为磁感应强度的最大值，为磁感应强度的最大值，C Ch h为磁滞损耗系数，一般为磁滞损耗系数，一般n=1.6n=1.62.32.3。铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复交变磁化，铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复交变磁化，磁畴互相不停地摩擦而消耗能量，并以产生热量磁畴互相不停地摩擦而消耗能量，并以产生热量的形式表现出来，造成的损耗为的形式表现出来，造成的损耗为磁滞损耗磁滞损耗。( (铁磁材料的磁介质分子间有较强的耦合作用，使内部有许多带有一定取向自发磁铁磁材料的磁介质分子间有较强的耦合作用，使内部有许多带有一定取向自发磁化的小区域，称为磁畴化的小区域，称为磁畴) )可以证明，磁滞损耗与磁滞
8、回线所围面积成正比可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。磁滞损耗用磁滞损耗用p ph h表示，它与磁场交变的频率表示，它与磁场交变的频率f f、铁心、铁心的体积的体积V V和磁滞回线的面积和磁滞回线的面积HdBHdB成正比，即成正比，即物理实验中心物理实验中心3 3、测定磁滞回线与磁化曲线的基本原理、测定磁滞回线与磁化曲线的基本原理本实验采用本实验采用非电量的电测法非电量的电测法，将不易测量的磁学，将不易测量的磁学量转换为易于测量的电学量。量转换为易于测量的电学量。磁滞回线实验仪原理电路图磁滞回线实验仪原理电路图物理实验中心物理实验中心 N=50N=50匝，匝， L=60mmL=60mm
9、，R R1 1=2.5=2.5，由，由U UH H可以确定可以确定H H。C C2 2 = 20F = 20F，R R2 2=10k=10k，n =150n =150匝，匝，S = 80mmS = 80mm2 2，由由U UB B可以确定可以确定B B。待测样品为待测样品为EIEI型矽钢片，型矽钢片，N N为励磁绕组，为励磁绕组，n n为用来测为用来测 量磁感应强度量磁感应强度B B而设置的绕组。而设置的绕组。R R1 1为励磁电流取样为励磁电流取样 电阻，根据电阻，根据安培环路定律安培环路定律，样品的磁化场强为：，样品的磁化场强为： 根据根据法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律，样品的磁感应
10、强度瞬时值，样品的磁感应强度瞬时值 B B与由测量绕组与由测量绕组n n、R R2 2和和C C2 2所组成的电路有关：所组成的电路有关：物理实验中心物理实验中心四、实验内容1 1、观察铁磁材料的磁滞回线、观察铁磁材料的磁滞回线2 2、测绘铁磁材料的饱和磁滞回线、测绘铁磁材料的饱和磁滞回线3 3、测绘铁磁材料的基本磁化曲线、测绘铁磁材料的基本磁化曲线物理实验中心物理实验中心励磁励磁电压U(V)频率率f(HZ)矫顽力力HC(A/m)剩磁剩磁Br(T)磁磁场强强度度Hm(A/m)磁感磁感应强强度度Bm(T)磁滞磁滞损耗耗(J/m3)相位差相位差H-B(度度)样品品1样品品2样品品1样品品2样品品1
11、样品品2样品品1样品品2样品品1样品品2样品品1样品品2样品品1 样品品20.51.01.21.51.82.02.22.52.83.0备注注L=60mm，S = 80mm2，N=50匝，匝，n =150匝，匝，R2=10k，C2 = 20F，R1=2.5 五、数据记录表格磁滞回线实验数据记录表磁滞回线实验数据记录表 物理实验中心物理实验中心物理实验中心物理实验中心六、实验步骤1 1、实验系统的准备与电路的连接、实验系统的准备与电路的连接1010、逐次增加励磁电压的幅度，重复第、逐次增加励磁电压的幅度，重复第5 5步到第步到第9 9步，并记录数据步，并记录数据 3 3、实验参数的设置、实验参数的
12、设置( (实验仪实验仪R R1 1=2.5,U=0V)=2.5,U=0V)4 4、对样品进行退磁处理，而后把励磁电压调到、对样品进行退磁处理，而后把励磁电压调到0.5V0.5V5 5、连续按实验仪面板、连续按实验仪面板功能键功能键7 7次，直到液晶显示屏显示次，直到液晶显示屏显示采样数采样数n n 与信号与信号频率频率f f的数值为止的数值为止, ,并记录相应数据并记录相应数据6 6、再按、再按功能键功能键1 1次，显示次，显示矫顽力矫顽力与与剩磁剩磁的数据，并记录的数据，并记录7 7、再按、再按功能键功能键1 1次，显示次，显示H Hm m与与B Bm m的数据，并记录的数据，并记录8 8、
13、再按、再按功能键功能键1 1次，显示次，显示磁滞损耗磁滞损耗与与H-BH-B的数据，并记录的数据，并记录1111、绘制饱和的磁滞回线与基本的磁化曲线图，并标注相关参数、绘制饱和的磁滞回线与基本的磁化曲线图，并标注相关参数1212、实验仪器的整理、实验仪器的整理2 2、打开仪器电源开关，屏幕显示、打开仪器电源开关，屏幕显示“欢迎使用磁滞回线测试仪欢迎使用磁滞回线测试仪”9 9、按下、按下复位键复位键，屏幕再次显示，屏幕再次显示“欢迎使用磁滞回线测试仪欢迎使用磁滞回线测试仪”物理实验中心物理实验中心七、注意事项2 2、实验前必须将待测材料预先退磁、实验前必须将待测材料预先退磁3 3、励磁电压在实验过程中不可时增时减、励磁电压在实验过程中不可时增时减1 1、接线时注意、接线时注意GNDGND接地线要连通接地线要连通物理实验中心物理实验中心八、思考题1 1、实验前为什么要退磁？如果不退磁对实验、实验前为什么要退磁？如果不退磁对实验 结果会有什么影响？结果会有什么影响？2 2、为什么测绘磁滞回线时，励磁电压不宜过、为什么测绘磁滞回线时，励磁电压不宜过 高或过低？高或过低？3 3、如何判断铁磁材料属于软磁或硬磁材料？、如何判断铁磁材料属于软磁或硬磁材料？
