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41 用示波器观测铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线铁磁材料应用广泛，从常用的永久磁铁、变压器铁芯到录音、录像、计算机存储用的磁带、磁盘等都采用铁磁性材料。
磁滞回线和基本磁化曲线反映了铁磁材料的主要特征。
根据磁滞回线的不同，可将铁磁材料分为硬磁和软磁两大类，其根本区别在于矫顽磁力Hc 的大小不同。
硬磁材料的磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力大（大于102A/m），因而磁化后，其磁感应强度可长久保持，适宜做永久磁铁。
软磁材料的磁滞回线窄，矫顽磁力Hc一般小于102A/m，但其磁导率和饱和磁感强度大，容易磁化和去磁，故广泛用于电机、电器和仪表制造等工业部门。
本实验通过示波器来观测不同磁性材料的磁滞回线和基本磁化曲线，以加深对材料磁特性的认识。
【实验目的】1、掌握磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的主要物理量：矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2、学会用示波器法观测基本磁化曲线和磁滞回线。
3、根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度B s、剩磁B r和矫顽力H c的数值。
4、研究不同频率下动态磁滞回线的区别。
5、改变不同的磁性材料，比较磁滞回线形状的变化。
【实验仪器】DH4516N型动态磁滞回线测试仪，示波器。
【实验原理】1、磁化曲线如果在由电流产生的磁场中放入铁磁物质，则磁场将明显增强，此时铁磁物质中的磁感应强度比单纯由电流产生的磁感应强度增大百倍，甚至在千倍以上。
铁磁物质内部的磁场强度H与磁感应强度B有如下的关系：B=μH对于铁磁物质而言，磁导率μ并非常数，而是随H的变化而改变的物理量，即μ=ƒ（H），为非线性函数。
所以如图1所示，B与H也是非线性关系。
铁磁材料的磁化过程为：其未被磁化时的状态称为去磁状态，这时若在铁磁材料上加一个由小到大的磁化场，则铁磁材料内部的磁场强度H与磁感应强度B也随之变大，其B-H变化曲线如图1所示。
但当H增加到一定值（H s）后，B几乎不再随H的增加而增加，说明磁化已达饱和，从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线称为材料的起始磁化曲线。
![[大学物理实验]用示波器测动态磁滞回线](https://img.taocdn.com/s1/m/194d22c2d5d8d15abe23482fb4daa58da0111cc3.png)
[大学物理实验]用示波器测动态磁滞回线实验指导实验重点、难点：1.铁磁性物质的磁化过程及磁滞现象的理解2.测量动态磁滞回线的原理和方法3.实验过程中样品退磁的概念及操作方法。
辅助功能介绍:界面的右上角的功能显示框:当在普通实验状态下，显示实验实际用时、记录数据按钮、结束操作按钮；在考试状态下，显示考试所剩时间的倒计时、记录数据按钮、结束操作按钮、显示试卷按钮（考试状态下显示）。
右上角工具箱:各种使用工具，如计算器等。
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实验仪器栏:存放实验所需的仪器，可以点击其中的仪器拖放至桌面，鼠标触及到仪器，实验信息提示栏会显示仪器的相关信息；仪器使用完后，则不允许拖动仪器栏中的仪器了。
提示信息栏:显示实验过程中的仪器信息，实验内容信息，仪器功能按钮信息等相关信息，按F1键可以获得更多帮助信息。
实验内容栏:显示实验名称和实验内容信息(多个实验内容依次列出)，当前实验内容显示为黄色，其他实验内容为蓝色；可以通过单击实验内容进行实验内容之间的切换。
切换至新的实验内容后，实验桌上的仪器会重新按照当前实验内容进行初始化。
实验操作方法:1.测量动态磁滞回线和基本磁化曲线（1）启动实验程序，进入实验窗口。
（2）调节示波器a.打开示波器窗体。
点击开关按钮，打开示波器电源。
调节辉度旋钮、聚焦旋钮，并将校准信号接入示波器，分别对示波器CH1通道和CH2通道进行校准。
b.按下示波器X-Y按钮，调节示波器CH1通道和CH2通道的光点均与坐标原点重合。
（3）按照实验原理图进行线路连接连线方法：a.鼠标移动到仪器的接线柱上，按下鼠标左键不放。
b.移动鼠标到目标接线柱上c.松开鼠标左键，即完成一条连线（4）打开可调隔离变压器电源开关，调节输出电压到最大值，缓慢调节调压器的输出电压，使励磁电流从最大值600mA每次减小20mA，直至调为零，样品即被退磁。
（5）调节输出电压为80V，观察并记录示波器显示的饱和磁滞回线波形。
如何使用磁滞回线示波器测量磁滞回线磁滞回线是描述磁性材料在不同磁场作用下的磁化特性的图形。
磁滞回线示波器是一种用于观察和测量磁滞回线的仪器。
本文将介绍如何正确使用磁滞回线示波器来测量磁滞回线，以及如何分析这些数据并得出有关材料磁性的结论。
首先，准备工作非常重要。
首先，您需要选择适合测量的磁性材料样品。
常用的磁性材料包括铁、镍、钴等。
然后，将样品准备成您希望测量的形状，例如铁芯或磁铁。
确保样品表面光滑，以减小测试误差。
接下来，将磁滞回线示波器连接到电源，并将探头连接到示波器输入端。
调整示波器的垂直增益和水平增益，以使观察到的波形合适，并且不会超出示波器的测量范围。
然后，将样品放置在磁场中。
可以通过将样品置于恒定磁场中或通过磁体产生的可变磁场来实现。
确保磁场的强度在所选样品的饱和磁场值范围内，并且可以逐步增加或降低。
当磁场作用于样品时，示波器将显示出磁滞回线的波形。
磁滞回线是一个由样品磁化强度与磁场强度之间的关系绘制的曲线。
您可以看到随着磁场的变化，样品的磁化强度如何随之变化。
测量磁滞回线时，您可以采用不同的方法。
一种常见的方法是逐点测量，即在磁场强度变化的每个点上测量和记录样品的磁化强度。
另一种方法是连续测量，在磁场强度变化的过程中连续地对样品进行测量，并记录所有数据。
连续测量可以提供更精确的磁滞回线数据。
测量完成后，您可以开始分析磁滞回线数据。
首先，您可以计算出样品在不同磁场强度下的饱和磁化强度和剩余磁化强度。
饱和磁化强度是在饱和磁场下，样品完全磁化时的磁化强度。
剩余磁化强度是在去除磁场后，样品保留的磁化强度。
此外，您还可以计算出样品的矫顽力和回转透磁率。
矫顽力是指去除外部磁场所需的磁场强度。
回转透磁率是指材料在磁场强度变化的过程中磁滞回线的斜率。
这些参数可以提供关于材料磁化特性的更多信息。
在分析数据时，还可以注意到一些特殊的磁滞回线形状。
例如，当材料具有铁磁性质时，磁滞回线将呈现典型的矩形形状。
用示波器测动态磁滞回线(本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》)工程技术中有许多仪器设备，大的如发电机和变压器，小的如手表铁心和录音磁头等，都要用到铁磁材料。
而铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线是该材料的重要特性。
本实验中用交流电对材料B-H样品进行磁化，测得的曲线称为动态磁滞回线。
测量磁性材料动态磁滞回线方法较多，用示波器法测动态磁滞回线的方法具有直观、方便、迅速以及能够在不同磁化状态下(交变磁化及脉冲磁化等)进行观察和测量的独特优点，所以在实验中被广泛利用。
本实验要求掌握铁磁材料磁滞回线的概念和用示波器测量动态磁滞回线的原理和方法。
试验原理1(铁磁材料的磁滞性质铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一重要的特点就是磁滞。
当材料磁化时，磁感应强度BH2.3.2-1OA不仅与当时的磁场强度有关，而且决定于磁化的历史情况，如图所示。
曲线表BHH示铁磁材料从没有磁性开始磁化，磁感应强度随的增加而增加，称为磁化曲线。
当增加HBHB到某一值时，几乎不再增加，说明磁化已达到饱和。
材料磁化后，如使减小，将不沿S’’ACAH-HBACAA原路返回，而是沿另一条曲线下降。
当从增加时，将沿曲线到达，形成SB=BH=0Br一闭合曲线称为磁滞回线，其中时，，称为剩余磁感应强度。
要使磁感应强度rB-H, H为零，就必须加一反向磁场称为矫顽力。
各种铁磁材料有不同的磁滞回线，主要区别cc在于矫顽力的大小，矫顽力大的称为硬磁材料，矫顽力小的称为软磁材料。
由于铁磁材料的磁滞特性，磁性材料所处的某一状态必然和它的历史有关。
为了使样品的H=0,B=0磁特性能重复出现，也就是指所测得的基本磁化曲线都是由原始状态()开始，在测量前必须进行退磁，以消除样品中的剩余磁性。
12(示波器测量磁滞回线的原理2.3.2-2 图所示为示波器测动态磁滞回线的原理电路。
将样品制成闭合的环形，然后均匀地NNuR绕以磁化线圈及副线圈，即所谓的罗兰环。
交流电压加在磁化线圈上，为取样电阻，其121uxNRC两端的电压加到示波器的轴输入端上。
【实验内容与数据处理】实验材料：FeCoVSiB非晶合金薄带，带宽b=1.55mm，带厚b=40μm校准仪器常数用标准互感：互感系数（亨）M0=5.09×10−51.观察材料形状对磁化的影响样品：条形，1#长3cm，2#长6.5cm；磁化螺线管磁场强度：（U为示波器X轴读数）；H=4.55×103 U/R0探测线圈匝数：N2=150匝（附补偿线圈）。
用示波器观察两样品在同一频率和最大磁场下磁滞回线，记录相当于各样品的矫顽力Hc、饱和磁化强度Ms、剩余磁化强度Mr和最大磁化强度的读数Mm，比较两样品的矩形度Mr/M s。
测完每个样品，将K1接校准一方（即接通标准互感），记录示波器显示图形X,Y的峰值，用式（6）计算仪器常数K0，用公式（11）计算相应的Mm、Mr，用以上磁场（H）公式计算矫顽力（H c）。
数据如下：单位（V）由K0=U0M0i0=U yM0RU x得短样品K0=6.17×104 V/Wb长样品K0=5.40×104 V/Wb又由M(t)=U(t)μ0K0N2S其中μ0=4π×10−7H/m N2=150 匝 S = bd = 6.2×10−9m23由以上数据对比可知，样品的长度会影响样品的磁性。
2. 观测外加应力对磁化的影响：样品：条形，上端固定，下端吊有秤盘；磁化螺线管的磁场强度：（附补偿线圈）H=1.47×104U.R在秤盘上加不同重力砝码（不加、加50克、加100克），在同一频率和最大磁场下用示波器观察各自的磁滞回线，记录Mm、Hc、M r的值，N2=200匝，用公式（11）计算Mm、Mr，用本组磁场强度公式计算Hc。
计算装置常数：由K0=U0M0i0=U yM0RU x得，50g：K0=5.40×104 V/Wb100g：K0=5.20×104 V/Wb又由M(t)=U(t)μ0K0N2S其中μ0=4π×10−7H/m N2=200 匝 S = bd = 6.2×10−9m2H=4.55×103 U/R0砝码重量不同，应力大小不相等，磁弹性能也不同3. 环形样品的磁滞回线随外加磁场的变化和交流磁化曲线样品尺寸：内径d1=7.54mm，外径d2=7.66mm，h=1.55mm；磁化线圈：匝；探测线圈：N1=150匝N 2=20匝测试：在固定频率下，用示波器观察磁场从零开始变化对磁滞回线的影响，记录各回线的最大点x，y值，分别用公式（2）、（7）计算磁场H和磁感应强度B值，并绘制B-H曲线（换向磁化曲线），由B-H曲线计算最大磁导率μm= (B/μ0H) max，μ0为真空磁导率。
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线(动态磁滞回线实验)磁性材料在科研和工业中有着广泛的应用，种类也相当繁多，因此各种材料的磁特性测量，是电磁学实验中一个重要内容。
磁特性测量分为直流磁特性测量和交流磁特性测量。
本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化，测得的磁感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线，或者称为交流磁滞回线，它与直流磁滞回线是有区别的。
可以证明：磁滞回线所包围的面积等于使单位体积磁性材料反复磁化一周时所需的功，并且因功转化为热而表现为损耗。
测量动态磁滞回线时，材料中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗，因此，同一材料的动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积稍大些。
本实验重点学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法，了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线的区别。
一．实验目的1. 了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2. 用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度B、剩磁r B和矫顽力c H。
m3. 学习示波器的X轴和Y轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。
4. 用示波器显示硬铁磁材料（模具钢12Cr）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。
二. 实验原理（一）铁磁物质的磁滞现象铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H 和磁感应强度B 之间关系来研究其磁化规律的。
如左图所示，当铁磁物质中不存在磁化场时，H 和B 均为零，在H B -图中则相当于坐标原点O 。
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 不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。
m H 和m B 分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中A 点)。
如果再使H 逐步退到零，则与此同时B 也逐渐减小。
然而，其轨迹并不沿原曲线AO ，而是沿另一曲线AR 下降到r B ，这说明当H 下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性。
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线(动态磁滞回线实验)磁性材料在科研和工业中有着广泛的应用，种类也相当繁多，因此各种材料的磁特性测量，是电磁学实验中一个重要内容。
磁特性测量分为直流磁特性测量和交流磁特性测量。
本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化，测得的磁感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线，或者称为交流磁滞回线，它与直流磁滞回线是有区别的。
可以证明：磁滞回线所包围的面积等于使单位体积磁性材料反复磁化一周时所需的功，并且因功转化为热而表现为损耗。
测量动态磁滞回线时，材料中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗，因此，同一材料的动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积稍大些。
本实验重点学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法，了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线的区别。
一．实验目的1. 了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2. 用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度B、剩磁r B和矫顽力c H。
m3. 学习示波器的X轴和Y轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。
4. 用示波器显示硬铁磁材料（模具钢12Cr）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。
二. 实验原理（一）铁磁物质的磁滞现象铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H 和磁感应强度B 之间关系来研究其磁化规律的。
如左图所示，当铁磁物质中不存在磁化场时，H 和B 均为零，在H B -图中则相当于坐标原点O 。
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 不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。
m H 和m B 分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中A 点)。
如果再使H 逐步退到零，则与此同时B 也逐渐减小。
然而，其轨迹并不沿原曲线AO ，而是沿另一曲线AR 下降到r B ，这说明当H 下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性。
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线(动态磁滞回线实验)磁性材料在科研和工业中有着广泛的应用，种类也相当繁多，因此各种材料的磁特性测量，是电磁学实验中一个重要内容。
磁特性测量分为直流磁特性测量和交流磁特性测量。
本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化，测得的磁感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线，或者称为交流磁滞回线，它与直流磁滞回线是有区别的。
可以证明：磁滞回线所包围的面积等于使单位体积磁性材料反复磁化一周时所需的功，并且因功转化为热而表现为损耗。
测量动态磁滞回线时，材料中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗，因此，同一材料的动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积稍大些。
本实验重点学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法，了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线的区别。
一．实验目的1. 了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2. 用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度m B 、剩磁r B 和矫顽力c H 。
3. 学习示波器的X 轴和Y 轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。
4. 用示波器显示硬铁磁材料（模具钢12Cr ）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。
二. 实验原理（一）铁磁物质的磁滞现象铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H 和磁感应强度B 之间关系来研究其磁化规律的。
如左图所示，当铁磁物质中不存在磁化场时，H 和B 均为零，在H B -图中则相当于坐标原点O 。
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 不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。
m H 和m B 分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中A 点)。
如果再使H 逐步退到零，则与此同时B 也逐渐减小。
图1 起始磁化曲线和磁滞回线 用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线【摘要】铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线，反映该材料的重要特性。
软磁材料的矫顽力H c 小于100A/m ，常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯。
磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线。
矫顽力和饱和磁感应强度B s 、剩磁B r P 等参数均可以从磁滞回线上获得.这些参数是铁磁材料研制、生产、应用是的重要依据。
【关键词】磁滞回线 示波器 电容 电阻 Bm Hm Br H【引言】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质。
本实验主要运用示波器的X 输入端和Y 输入端在屏幕上显示的图形以及相关数据，来分析形象磁滞回线的一些因素,并根据数据的处理得出动态磁滞回线的大致图线。
【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H D 、B r 、B S 和（H m ·B m ）等参数。
3. 测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。
【实验仪器】电阻箱(两个),电容(3-5微法)，数字万用表，示波器，交流电源，互感器。
【实验原理】铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。
铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。
其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ很高。
另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B 与磁化场强度H 之间的关系曲线。
图中的原点O 表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B ＝H ＝O ，当磁场H 从零开始增加时，磁感应强度B 随之缓慢上升，如线段oa 所示，继之B 随H 迅速增长，如ab 所示，其后B 的增长又趋缓慢，并当H 增至H S 时，B 到达饱和值B S ，oabs 称为起始磁化曲线。
图1表明，当磁场从H S 逐渐减小至零，磁感应强度B 并不沿起始磁化曲线恢复到“O ”点，而是沿另一条新的曲线SR 下降，比较线段OS 和SR 可知，H 减小B 相应也减小，但B 的变化滞后于H 的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H ＝O 时，B 不为零，而保留剩磁Br 。
实验名称用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线实验目的：1.了解铁磁性材料的特性，理解磁滞回线的概念及其重要性。
实验原理：铁磁性材料在磁场的作用下会发生磁化，当磁场的方向发生改变时，材料内部的磁场也会跟着发生变化，这种对磁场变化的响应就是磁滞回线。
动态磁滞回线测量是通过在交变磁场中对材料进行磁化和去磁化，观察磁能的变化，得到材料的动态磁滞回线。
在实验中，我们需要将铁磁材料放置在电磁铁中，当电磁铁通电时，材料内部会发生磁化，此时可以用示波器观察电磁铁的电流和磁场强度的变化。
通过改变电磁铁的电流方向，可以获得材料的正、反磁化过程中的电流和磁场强度的变化，从而得到材料的动态磁滞回线。
设电流的方向为i，磁场的方向为H，磁化强度的方向为M,则有：H=i*N/L （N为匝数，L为电磁铁长度）M=(N/L)*S*μ0*B （S为铁磁材料的截面积，μ0为真空磁导率，B为磁场强度）磁滞回线的求取需要通过反演法或者差分法进行处理。
实验步骤：1.将电磁铁连接上电源并通电，调节电源电压，使电流在2A左右。
2.打开示波器电源，将示波器的探头连接到电磁铁两端，并调节示波器的时间和节数以及Y轴灵敏度。
3.调整电源的极性，使电磁铁反向磁化。
4.从示波器读取动态磁滞回线的数据，使用反演法或差分法处理数据，得到磁滞回线。
5.调整电源的极性，使电磁铁沿正向磁化，重复步骤4，得到另外一半的磁滞回线。
6.将两部分磁滞回线拼接，得到完整的磁滞回线。
实验注意事项：1.在实验前充分检查电磁铁和示波器的连接，确保安全。
2.在实验时要注意调节电源电压，避免电流过大造成的伤害。
3.在拼接磁滞回线时，要注意两部分的数据点数量和数据点之间距离的一致性。
4.实验结束后要关掉电源和示波器，并注意清理现场。
实验结果分析：通过实验可以得到铁磁材料的动态磁滞回线，由此可以了解到材料在磁场作用下的特性，以及对材料的磁学性质作出相应的改进。
此外，通过磁滞回线的测量，还可以得到一些物理量的参数，如矫顽力、剩磁、饱和磁化强度等等。
用示波器观测动态磁滞回线【实验简介】磁性材料应用广泛，从常用的永久磁铁、变压器的铁芯到录音、录像、计算机存储用的磁带、磁盘等都采用磁性材料。
铁磁材料是最常见和最常用的磁性材料。
它分为硬磁和软磁两大类，其根本区别在于矫顽力的大小不同。
硬磁材料的剩磁和矫顽力大，因而磁化后，其磁感应强度可长久保持，适宜做永久磁铁。
软磁材料的矫顽力小，但磁导率和饱和磁感应强度大，容易磁化和去磁，故广泛用于电机、变压器、电器和仪表制造等工业部门。
磁滞回线和磁化曲线反映了铁磁材料的主要特征。
本实验将采用动态法测量磁滞回线。
【实验目的】1. 掌握利用示波器测量铁磁材料动态磁滞回线的方法；2. 了解铁磁性材料的动态磁化特性；3. 了解磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力等物理量的理解。
【实验仪器与用具】磁特性综合测量实验仪（包括正弦波信号源，待测样品及绕组，积分电路所用的电阻和电容）。
双踪示波器，直流电源，电感，数字多用表。
磁特性综合测量实验仪主要技术指标如下：1) 样品1：锰锌铁氧体，圆形罗兰环，磁滞损耗较小。
平均磁路长度l =0.130 m ，铁芯实验样品截面积S =1.24×10-4 m 2，线圈匝数：1N =150匝，2N =150匝；3N =150匝。
2) 样品2：EI 型硅钢片，磁滞损耗较大。
平均磁路长度l =0.075 m ，铁芯实验样品截面积S =1.20×10-4 m 2，线圈匝数：1N =150匝，2N =150匝；3N =150匝。
3) 信号源的频率在20～200 Hz 间可调；可调标准电阻1R 、2R 均为无感交流电阻，1R 的调节范围为0.1～11 Ω；2R 的调节范围为1～110 kΩ。
标准电容有0.1 μF ～11 μF 可选。
【实验原理】1．铁磁材料的磁化特性把物体放在外磁场H 中，物体就会被磁化。
其内部产生磁场。
设其内部磁化强度为M ，磁感应强度为B ，可以定义磁化率m χ和相对磁导率r μ表示物质被磁化的难易程度：H M m =χ HB r 0μμ= 其中，0μ是真空磁导率（270/104A N -⨯=πμ）。
由于)(0H M B +=μ，因此m r χμ+=1。
物质的磁性按磁化率可以分为抗磁性、顺磁性和铁磁性三种。
抗磁性物质的磁化率为负值，通常在6510~10--的量级，且几乎不随温度变化；顺磁性物质的磁化率通常为4210~10--之间，且随温度线性增大 ；而铁磁性物质的磁化率通常大于1，且随温度增高而变小。
铁磁性材料主要是铁、钴、镍及他们的合金和氧化物，以及稀土与过渡族元素组成的合金等。
由于铁磁材料的磁导率很高，常被用作电感、电磁铁、变压器的铁芯材料，以增大线圈中的磁通量。
除了磁导率高以外，铁磁材料还具有特殊的磁化规律。
对于一个处于磁中性状态（0=H ，且0=B ）的铁磁材料加上由小变大的磁场H 进行磁化时，磁感应强度B 随H 的变化曲线称为起始磁化曲线，它大致分为三个阶段：（1）可逆磁化阶段，当H 很小时，B 随H 变化可逆，见图1中的OA 段，若减小H ，B 会沿AO 返回至原点；（2）不可逆磁化阶段，见图1中AS 段，若减小H ，B 不会沿SA 返回（比如当磁场从D 点的D H 减小到H H D ∆-，再从H H D ∆-增大到D H ，H B -轨迹会是图中点线所示的回线样式）；（3）饱和磁化阶段，见图1中SC 段，在S 点材料已经被磁化至饱和状态，继续增大H ，磁化强度M 不再增大，由于)(0H M B +=μ，B 会随H 线形增大，但增量极小。
图中S H 和S B 表示M 刚刚达到饱和值时的H 和B 的值，分别称为饱和磁场强度和饱和磁感应强度。
如果将铁磁材料磁化到饱和状态（图1中S 点）后再减小磁场H ，那么磁感应强度B会随H 减小而减小，但并不沿起始磁化曲线SAO 减小，而是沿着SP 这条更缓慢的曲线减小。
当H 减小到0时，B 并不为0，H 称为矫顽力C H 。
当反向磁场达到S H -，铁磁材料达到反向饱和磁化状态S '。
而若H 从反向饱和值S H -变到0，再增大至正向饱和值S H 时，B 会沿曲线S Q P S '''返回至正向饱和值S B 。
曲线S Q P S '''与S SPQ '以原点O 成中心对称，它们形成的闭合曲线S Q P S SPQ '''叫做饱和磁滞回线。
饱和磁滞回线反映了磁化场由S H 变到S H -再变回到S H 往复一周的变化过程中，B 随H 的往复变化情况。
图1 铁磁材料的起始磁化曲线和饱和磁滞回线示意图由于铁磁材料加上磁场H 后产生的B 不仅与H 有关，也与磁化历史有关，所以在研究铁磁材料的起始磁化性质时，通常先对铁磁材料进行退磁处理，使之达到磁中性状态，一种较为简便易行的方法是交流退磁。
具体做法是，对材料加交变磁化场，先用大幅度励磁电流使它饱和磁化，再在不断改变磁场方向的过程中逐渐减小励磁电流幅度至0使它退磁。
如果磁场在任意[m H -，m H ]范围内作循环变化，那么B 也会做循环变化，形成一个闭合的磁滞回线。
磁滞回线的面积对应于循环磁化一周所发生的能量损耗。
对材料进行准静态磁化时，损耗来自于磁滞损耗。
对材料进行交流动态磁化时，除了有磁滞损耗外，还会有涡流损耗和剩余损耗。
一般由金属和合金所组成的金属磁性材料电阻率低，在高频磁化时其涡流损耗大，而由金属氧化物组成的铁氧体磁性材料电阻率高，高频条件下其涡流损耗很小。
动态磁滞回线形状与磁化场频率和幅度都有关。
在同一频率下，交变磁场幅度不同时，动态磁滞回线也会不同。
将磁场幅值从0增到S H ，这些动态磁滞回线的顶点（m H ，m B ）的连线称为动态磁化曲线（见图2）。
在这条线上任意一点的m B 和对应m H 的比值mm m H B 0μμ=称为振幅磁导率。
对于工作在幅度较大的交变磁场下的电感铁芯，比如变压器铁芯，振幅磁导率是衡量其性能的一个重要指标。
图2 铁磁材料的动态磁滞回线和动态磁化曲线示意图当交流磁化场幅度很小时，铁磁材料的磁化过程是可逆的，磁滞回线退化成一条斜 线（见图2中原点附近的小线段）。
对于没有直流偏置磁场的情况，这个过程对应于起始磁化曲线起始的可逆阶段（图1中的OA 段），可以定义起始磁导率为H B H i 00lim μμ→=，它表征了起始可逆磁化阶段的磁化性能。
用于弱磁场中的材料，例如通讯器件上应用的软磁材料，其磁化性能主要由i μ来表征。
有的电感铁芯工作在既有直流偏置又有交流弱磁场的情况下，比如在图1中的D 点附近以弱交变磁场循环磁化，当磁场足够弱时回线会退化成一条斜线，此时，交流弱磁场引起的磁感应强度变化B ∆与磁场强度变化值H ∆（H ∆趋于0）之比决定了电感性能，相关的磁导率称为可逆磁导率，定义为H B H R ∆∆=→∆00limμμ。
直流偏置磁场可以影响R μ的大小，这一原理被应用在磁放大器的设计中。
2．动态磁滞回线的测量测量动态磁滞回线的原理电路如图3所示。
环形铁芯上绕有三组线圈，线圈1为交流励磁线圈，线圈2为感应线圈，线圈3为直流励磁线圈。
线圈1接交流正弦信号源，根据安培环路定理，磁场强度正比于线圈中的电流，因此也正比于电阻1R 上的电压1R u 。
线圈2接RC 积分电路，磁感应强度正比于线圈2上感应电压2u 的时间积分，因此也正比于积分电容C 上的电压C u 。
将1R u 和C u 从示波器两通道输入，在示波器X-Y 显示模式下，就可以看到动态磁滞回线。
测有直流偏置磁场下的可逆磁导率时，需要将线圈3接直流电源，用电表测量电流计算磁场强度，要能有效调节励磁电流；为了减小交流磁场在线圈3中产生的感应信号对直流稳定性的影响，需要在回路中串入一只大电感L 。
x R12图3 用示波器测量动态磁滞回线电路图 交流磁场强度H 的测量原理。
由安培环路定理，磁场强度H 正比于励磁电流1i ：11i lN H = 其中1N 是线圈1的匝数，l 是磁环的等效磁路长度。
由于111R u i R =，因此H 也与1R u 成正比111R u lR N H = （1） 交流磁感应强度B 的测量原理。
由法拉第电磁感应定律，线圈2上的感应电压2u 来源于线圈2中的全磁通的变化dtSdB N dt d N u 222-=Φ-= 其中2N 是线圈2的匝数，Φ是单匝线圈中的磁通量，S 是单匝线圈环绕的面积（对绕在磁芯上的线圈相当于磁芯的横截面积）。
如果T C R >>2（T 是外磁场周期），那么电容C 上的电压远小于总电压2u ，电阻2R 上的电压2R u 近似等于总电压2u ，电容C 上的电压为：⎰⎰⎰≈===dt u CR dt u CR dt i C C Q u R C 22221112 其中Q 是电容器极板上的电荷量，2i 是线圈2中的电流。
交流磁感应强度B 正比于C uC u SN C R B 22= （2）【实验内容】1．观测样品1（铁氧体）的饱和动态磁滞回线（1）测量频率f =100 Hz 时的饱和磁滞回线。
取1R =2.0 Ω，2R =50 k Ω，C =10.0 μF 。
示波器选择X-Y 模式。
调节励磁电流大小及示波器的垂直、水平位移旋钮，在示波器显示屏上调出一个相对于坐标原点对称的饱和磁滞回线。
测量并画出饱和磁滞回线的H B -图。
上下半支各选取9个以上的测量点。
测量S B ，r B ，C H 。
可通过示波器光标（cursor ）来读数。
（2）保持信号源幅度不变，在仪器频率可调范围内，观测不同频率时的饱和磁滞回线。
用不同频率时，磁滞回线有何变化？为什么？保持1R ，C R 2不变，测量并比较f =95 Hz 和150 Hz 时的r B 和C H 。
（3）在频率f =50 Hz 下，比较不同积分常量取值对李萨如图的影响。
固定励磁电流幅度m I =0.1 A ，1R =2.0 Ω，改变积分常量C R 2。
调节C R 2分别为0.01 s 、0.05 s 、0.5 s ，观察并粗略画出不同积分常量下C R u u -1李萨如图形的示意图。
请思考为什么积分常量会影响C R u u -1李萨如图形的形状？积分常量是否会影响真实的H B -磁滞回线的形状？2．测量样品1（铁氧体）的动态磁滞回线。
（测量前需要对样品进行退磁。
）（1）在f =100 Hz 时，调出不同幅度的动态磁滞回线，测量并画出动态磁化曲线。
取1R =2.0 Ω，2R =50 k Ω，C =10.0 μF 。
磁场幅度m H 从0到S H 单调增加，要求至少20个测量点。
（2）根据测量数据计算并画出m m H -μ曲线。
