《材料物理性能》FD-BH-ⅠⅠ型磁性材料磁滞回线和磁化曲线测定
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磁场滞回曲线⽤⽰波器测动态磁滞回线⽤直流电流对被测材料样品反复地进⾏磁化并且逐点测出B 和H 的对应关系,这样得到的B -H 曲线称为静态磁滞回线。
本实验中则⽤交流电流对材料样品进⾏磁化,测得的B -H 曲线称为动态磁滞回线。
两者是有区别的。
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。
测量静态磁滞回线时,材料中只有磁滞损耗;⽽测动态磁滞回线时,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⼀些。
此外,单位时间内的涡流损耗与交变电磁场的频率有关,因此测量中使⽤的交流电的频率不同时,测出的B -H 曲线也有不同。
本实验介绍利⽤⽰波器的显⽰来测量磁性材料动态磁滞回线的⽅法。
1. 实验⽬的(1)了解⽤⽰波器测量动态磁滞回线的原理和⽅法;(2)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;(3)进⼀步学习⽰波器显⽰利萨如图形的⽅法。
2. 实验原理关于磁性材料的磁化曲线和磁滞回线的介绍物理教科书的有关章节,这⾥不再重述。
利⽤⽰波器测动态磁滞回线的原理电路如图1所⽰。
将样品制成闭合的环形,其上均匀地绕以磁化线圈N 1及副线圈N 2。
交流电压u 加在磁化线圈上,线路中串联了⼀取样电阻R 1。
将R 1两端的电压u 1加到⽰波器的X 输⼊端上。
副线圈N 2与电阻R 2和电容C 串联成⼀回路。
电容C 两端的电压u c 加到⽰波器的Y 输⼊端上。
下⾯我们来说明为什么这样的电路能够显⽰和测量磁滞回线。
(1)u 1(X 输⼊)与磁场强度H 成正⽐设环状样品的平均周长为l ,磁化线圈的匝数为N 1,磁化电流为i 1(注意这是交流电流的瞬时值),根据安培环路定律有Hl =N 1i 1,即i 1=Hl/N 1。
⽽u 1=R 1i 1,所以可得H N l R u 111= (1)式中R 1,l 和N 1皆为常数,可见u 1与H 成正⽐。
铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线铁磁材料分为硬磁和软磁两类。
硬磁材料(如铸钢)的磁滞回线宽,剩磁和矫顽磁力较大(120-20000安/米,甚至更高),因而磁化后,它的磁感应强度能保持,适宜制作永久磁铁。
软磁材料(如硅钢片)的磁滞回线窄,矫顽磁力小(一般小于120安/米),但它的磁导率和饱和磁感应强度大,容易磁化和去磁,故常用于制造电机、变压器和电磁铁。
可见,铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线是该材料的重要特性,也是设计电磁机构或仪表的依据之一。
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。
一 实验目的1、 掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线的测绘方法2、 观察磁滞现象,加深对铁磁材料主要物理量(如矫顽力、剩磁和磁导率等)的理解。
二 实验原理(一)起始磁化曲线、基本磁化曲线和磁滞回线铁磁材料(如铁、镍、钴和其他铁磁合金)具有独特的磁化性质。
取一块未磁化的铁磁材料,譬如以外面密绕线圈的钢圆环样品为例。
如果流过线圈的磁化电流从零逐渐增大,则钢圆环中的磁感应强度B 随激励磁场强度H 的变化如图1中oa 段所示。
这条曲线称为起始磁化曲线。
继续增大磁化电流,即增加磁场强度H 时,B 上升很缓慢。
如果H 逐渐减小,则B 也相应减小,但并不沿ao 段下降,而是沿另一条曲线ab 下降。
B 随H 变化的全过程如下:当H 按 O →H m →O →-c H →-H m →O →c H →H m 的顺序变化时,B 相应沿 O →m B →r B →O →-m B →-r B →O →m B 的顺序变化。
将上述变化过程的各点连接起来,就得到一条封闭曲线abcdefa,这条曲线称为磁滞回线。
从图1可以看出:B HB m B rab-H m foH CcdH m-H C-B r -B me图 1(1)当H =0时,B 不为零,铁磁材料还保留一定值的磁感应强度r B ,通常称r B 为铁磁材料的剩磁。
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。