物理实验磁滞回线讲义

磁滞回线[引言]磁性材料应用很广，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。

磁滞回线和磁化曲线反映了磁性材料的主要特征。

用示波器法测量铁磁处理的磁特性是磁测量的基本方法之一，它具有直观、方便、迅速以及能够在不同的磁化状态下（交变磁化及脉冲磁化等）测量的优点，适用于一般工厂快速检测和对成品进行分类。

通过实验研究这些性质不仅能掌握用示波器观察磁化曲线和磁滞回线的基本测绘方法，而且能从理论和实际应用上加深对材料磁特性的认识。

[实验目的]1.掌握用感应法测量磁参量的原理、方法和技术2.了解应力、样品形状、测量频率等因素对磁性的影响3.了解交流磁化曲线的定义和测试方法[实验内容]1.观测样品形状对磁化的影响2.观测应力对磁滞回线的影响，估算磁致伸缩系数3.观测磁滞回线随外加磁场的变化，作换向磁化曲线4.观测磁滞损耗功率随磁场频率的变化[实验原理]一．原理及仪器结构磁滞回线是表达铁磁材料在磁场下磁化和反磁化行为，即描述磁感应强度(B)或磁化强度(M)与外加磁场强度(H)关系的闭合曲线，反映材料的基本磁特性，是M S应用磁性材料的基本依据。

图1是直流磁场下的磁化曲线和磁滞回线。

图中标出了磁性材料的三个重要参数Mr(Br)、Hc、Ms (饱和磁化强度，即当磁化到饱和时M的值)。

在交变磁场中表现出的磁特性—交流磁特性或称动态磁特性和在直流场下的磁特性— 静态磁性有很大不同。

它不仅与材料本征特性有关，而且与测试频率、磁场波形等测试条件有关。

图2表示在相同频率下外磁场幅值大小对磁滞回线的影响。

随磁场变化，磁滞回线大小、形状都在变化。

连接各回线的幅值（图中的Hm 、Bm ）点得到一条通过原点的曲线，称换向磁化曲线或交流磁化曲线。

由图3可以看到，频率对磁滞回线形状有很大影响，矫顽力（H C ）随频率增大而增大。

感应法是一种最基本和常用的磁参量测量方法。

依据法拉第电磁感应定律，在环绕试样的探测线圈内的感应电动势与其中磁通量随时间的变化率成正比，即为dtdB S N ⋅⋅−=ε （1） 其中N 为探测线圈的匝数，S 为样品的截面积，根据（1）式，将试样放在变化的磁场内磁化，则在探测线圈内有与dtdB 成正比的电动势产生。

磁化曲线和磁滞回线一、实验目的1、通过实验研究铁质材料性质并掌握用示波器观察磁化曲线和磁滞回线的基本测绘方法。

2、从理论利实际应用上加深对材料磁特性的认识。

二、实验原理1、铁材料的磁滞现象铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H 与磁感应强度B 之间的关系的特征。

将一块未被磁化的铁磁材料放在磁场中进行磁化，当磁场强度H 由零增加时，磁感应强度B 由零开始增加。

H 继续增加，B 增加缓慢，这个过程的B-H 曲线称为起始磁化曲线，如图1中的oa 段所示。

当磁场强度H 减小，B 也跟着减小，但不按起始磁化曲线原路返回，而是沿另一条曲线 (图1中)ab 段下降，当H 返回到零时，B 不为零，而保留一定的值Br ，即铁磁材料仍处于磁化状态，通常Br 称为磁材料的剩磁。

将磁化场反向，使磁场强度负向增加，当H 达到某一值H c 时，铁磁材料中的磁感应强度才为零，这个磁场强度H c 称为磁材料的矫顽力。

继续增加反向磁场强度，磁感应强度B 反向增加。

如图1 cd 段所示。

当磁场强度由-H m 增加到H m 时，其过程与磁场强度从H m 减小到-H m 过程类似。

这样形成一个闭合的磁滞回线。

逐渐增加H 的值，可以得到一系列的逐渐增大的磁滞回线，如图2所示。

把原点与每个磁滞回线的顶端，a 1，a 2，a 3，…连接起来即得到基本磁化曲线。

如图2中oa 段所示。

当H m 增加到一定程度时，磁滞回线两端较平，即H 增加，B 增加很小，在此时附近铁磁材料处于饱和状态。

基本磁化曲线上的点与原点连线的斜率称为磁导率μ，在给定磁场强度条件下表征单位H 所激励出的磁感应强度B ，直接表示材料磁化性能强弱。

从磁化曲线上可以看出磁导率并不是常数。

当铁磁材料处于饱利状态时，磁导率减小较快。

曲线起始点对应的磁导率称为初始磁导率。

磁导率的最大值称为最大磁导率。

这两者反映μ—H 曲线的特点，如图3所示。

2、示波器显示样品磁滞回线的实验原理及电路只要设法使示波器X 轴输入正比于被测样品中的H ，使Y 轴输入正比于样品的B ，保持 H 和B 为样品中的原有关系就可在示波器荧光屏上如实地显示出样品的磁滞回线。

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。

〖实验三十〗用示波器观测动态磁滞回线〖目的要求〗1、学习使用示波器对动态磁滞回线进行观察和测量，了解磁感应强度和磁场强度的测量方法；2、学习应用RC 积分电路；3、了解铁磁性材料的动态磁化特性。

〖仪器用具〗动态磁滞回线测量仪（包括正弦波信号源、待测铁磁样品及绕组、积分电路所用的电阻和电容），双踪读出示波器，直流电源，数字多用表，滑线变阻器。

〖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表征物质被磁化的难易程度：0m r M H B Hχμμ==物质的磁性按磁化率m χ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5610~10--的量级，且几乎不随温度变化；顺磁性物质的磁化率通常为2410~10--之间，且随温度线性增大；而铁磁性物质的磁化率通常远大于1，且随温度增高而变小。

除了磁导率高以外，铁磁材料还具有特殊的磁化规律。

对一个处于磁中性状态（H=0且B=0）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 很小的时候，B 随H 变化可逆，见图中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D H H -∆，再从D H H -∆增大到D H ，B-H 轨迹会是图中点线所示的回线样式）；③饱和磁化阶段，见图中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0(M H)βμ=+，B 会随H 线性增大，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，而会沿着SP 这条更缓慢的曲线减小。

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线【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. 测定样品的基本磁化曲线，作μ－H曲线。

3. 测定样品的H D、B r、B S和（H m·B m）等参数。

4. 测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。

【实验仪器】DH4516型磁滞回线实验仪，数字万用表，示波器。

【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。

当磁场反向从O逐渐变至－H D时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，H D称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段RD称为退磁曲线。

图1还表明，当磁场按H S→O→H D→-H S→O→H D´→H S次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线'变化，这闭合曲线称为磁滞回线。

所以，当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁SR'DS RD'S心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→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。

实验名称霍尔法测量铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线一.目的与要求1.了解产生霍尔效应的机理。

2.了解用霍尔效应测量磁场的原理和基本方法3.认识铁磁物质的磁化规律，测定样品的磁化曲线。

4.测绘样品的磁滞回线，测定样品的H c、B r、H m、B m二.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1 起始磁化曲线和磁滞回线当铁磁物质中不存在磁化场时，Ｈ和Ｂ均为零，即图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。

Ｈm和Ｂm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ａ０返回，而是沿另一曲线ａｂ下降到Ｂr，这说明当Ｈ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，Ｂr称为剩磁。

将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到Ｈ＝－Ｈc，磁感应强度消失，这说明要消除剩磁，必须施加反向磁场Ｈc。

Ｈc称为矫顽力。

它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力。

图１表明，当磁场按Ｈm→０→－Ｈc→－Ｈm→０→Ｈc→Ｈm次序变化时，Ｂ所经历的相应变化为Ｂm→Ｂr→０→－Ｂm→－Ｂr→０→Ｂm。

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→去磁→反向磁化→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。

2.Ｂ～Ｈ曲线的测量方法将待测的铁磁材料做成环形样品，绕上一组线圈，在环形样品的中间开一极窄的均匀气隙，在线圈中通以励磁电流，则铁磁材料即被磁化，气隙中的磁场应与铁磁材料中的磁场一致。

用微机型磁滞回线测试仪研究铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线磁性材料应用广泛，从常用的永久磁铁、变压器铁芯到录音、录像、计算机存贮用的磁带、磁盘等都采用磁性材料。

磁滞回线和基本磁化曲线反映了磁性材料的主要特征。

通过实验研究这些性质不仅能掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线的基本测绘方法，而且能从理论和实际应用上加深对材料磁特性的认识。

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C H 的大小不同。

硬磁材料的磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力大（达m /A 102~1204⨯以上），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C H 一般小于m /A 120，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。

磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料的重要特性，也是设计电磁机构作仪表的重要依据之一。

【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H ~μ曲线。

3．测定样品的C H 、r B 、m B （m m B H •）等参数。

4．测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。

【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1中的原点0表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即0H B ==，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S H 时，B 到达饱和值S B ，oabs 称为起始磁化曲线。

图1表明，当磁场从S H 逐渐减小至零，磁感应强度B 并不沿起始磁化曲线恢复到“0”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0H =时，B 不为零，而保留剩磁r B 。