磁化曲线与磁滞回线的研究..doc

磁化曲线与磁滞回线的研究 一、实验目的 1．了解铁磁质在磁场中磁化的原理及其磁化规律。 2．3．的大小不同。硬磁材料的磁滞回线宽，剩磁和矫顽力大（达到120～20000A/m以上），因而磁化后，其磁性可长久保持，适宜做永久磁铁。软磁材料的磁滞回线窄，矫顽力一般小于120A/m，但其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、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，是设计电磁机构和仪表的重要依据之一。 磁学量的测量一般比较困难，通常利用相应的物理规律，将磁学量转换为易于测量的电学量。这种转换测量法是物理实验中常用的基本测量方法。测绘磁化曲线和磁滞回线常用冲击电流计法和示波器法，是磁测量的基本方法。第一种方法准确度较高，但较复杂；后一种方法虽准确度低，但却具有直观、方便迅速以及能在脉冲磁化下测量的优点。本实验采用示波法。 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没放入铁磁物质时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与磁感应强度有如下的关系： 对于铁磁物质而言，磁导率并非常数，而是随的变化而变化的物理量，即，为非线性函数。所以与也是非线性关系，如图（1）所示： 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由小到大变化的磁化场，则铁磁材料内部的磁场强度与磁感应强度也随之变大。但当增加到一定值（）后，几乎不再随着的增加而增加，说明磁化达到饱和，如图（1）中的OS段曲线所示。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，可以看出，铁磁材料的B和H不是直线，即铁磁材料的磁导率不是常数。 2、磁滞回线 当铁磁材料的磁化达到饱和之后，如果将磁场减小，则铁磁材料内部的和也随之减小。但其减小的过程并不是沿着磁化时的OS段退回。显然，当磁化场撤消，=0时，磁感应强度仍然保持一定数值=，称为剩磁（剩余磁感应强度）。 若要使被磁化的铁磁材料的磁感应强度减小到0，必须加上一个反向磁场并逐步增大。当铁磁材料内部反向磁场强度增加到时（图2上的C点），磁感应强度才为0，达到退磁。图（2）中的段曲线为退磁曲线，为矫顽力。如图（2）所示，按--的顺序变化时，相应沿--的顺序变化。图中的段曲线称起始磁化曲线，所形成的封闭曲线称为磁滞回线。 由图（2）可知： 当时，，这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度，通常称为铁磁物质的剩余感应强度（剩磁）。 若要使铁磁物质完全退磁，即必须加一个反向磁场。这个反向磁场强度称为该铁磁材料的矫顽力。 图中曲线段称为退磁曲线。 的变化始终落后于的变化，这种现象称为磁滞现象。 的上升与下降到同一数值时，铁磁材料内部的值并不相同，即磁化过程与铁磁材料过去的磁化经历有关。 当从初始状态，开始周期性地改变磁场强度的幅值时，在磁场由弱到强单调增加过程中，可以得到面积由大到小的一簇磁滞回线，如图（3）所示。其中最大面积的磁滞回线称为极限磁滞回线。 （7）由于铁磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线时，首先须将铁磁材料预先退磁，以保证外加磁场时，；其次，磁化电流在实验过程中只允许单调增加或减少，不能时增时减。在理论上，要消除剩磁，只需改变磁化电流方向，使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽力即可。实际上，矫顽力的大小通常并不知道，因而无法确定退磁电流的大小。我们从磁滞回线得到启示，如果使铁磁材料磁化达到磁饱和，然后不断改变磁化电流的方向，与此同时逐渐减小磁化电流，直至为零。则该材料的磁化过程就是一连串逐渐缩小而最终趋于原点的环状曲线，如图（4）所示 实验表明，经过多次反复磁化后，—的量值关系形成一个稳定的闭合的“磁滞回线”。通常以这条曲线来表示该材料的磁化性质。这种反复磁化的过程称为“磁锻炼”。本实验采用50赫兹的交变电流，所以每个状态都是经过充分的“磁锻炼”，随时可以获得磁滞回线。 我们把图（3）中原点和各个磁滞回线的顶点所连成的曲线，称为铁磁材料的基本磁化曲线。不同的铁磁材料其基本磁化曲线是不同的。为了使样品的磁特性可以重复出现，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。 磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料的磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来制造永久磁体。 3、示波器显示—曲线的原理和线路 示波器测量—曲线的实验线路如图（5）所示。 图（5） 本实验研究的铁