1、鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線鐵磁材料分為硬磁和軟磁兩類。硬磁材料（如鑄鋼）的磁滯回線寬，剩磁和矯頑磁力較大（120-20000安/米，甚至更高），因而磁化后，它的磁感應強度能保持，適宜制作永久磁鐵。軟磁材料（如硅鋼片）的磁滯回線窄，矯頑磁力?。ㄒ话阈∮?20安/米），但它的磁導率和飽和磁感應強度大，容易磁化和去磁，故常用于制造電機、變壓器和電磁鐵。可見，鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線是該材料的重要特性，也是設計電磁機構或儀表的依據之一。通過實驗研究這些性質不僅能掌握用示波器觀察磁滯回線以及基本磁化曲線的測繪方法，而且能從理論和實際應用上加深對材料磁特性的認識。一 實驗目的1、 掌握用示波器觀察磁

2、滯回線以及基本磁化曲線的測繪方法2、 觀察磁滯現象，加深對鐵磁材料主要物理量（如矯頑力、剩磁和磁導率等）的理解。二 實驗原理(一)起始磁化曲線、基本磁化曲線和磁滯回線鐵磁材料（如鐵、鎳、鈷和其他鐵磁合金）具有獨特的磁化性質。取一塊未磁化的鐵磁材料，譬如以外面密繞線圈的鋼圓環樣品為例。如果流過線圈的磁化電流從零逐漸增大，則鋼圓環中的磁感應強度B隨激勵磁場強度H的變化如圖1中oa段所示。這條曲線稱為起始磁化曲線。繼續增大磁化電流，即增加磁場強度H時，B上升很緩慢。如果H逐漸減小，則B也相應減小，但并不沿ao段下降，而是沿另一條曲線ab下降。B隨H變化的全過程如下： 當H按 OHmOHmOHm的順序

3、變化時，B相應沿 OOO的順序變化。圖 1eBmBrHCHmHmdcHCofbaBrBmBH 將上述變化過程的各點連接起來，就得到一條封閉曲線abcdefa,這條曲線稱為磁滯回線。從圖1可以看出：（1）當H0時，B不為零，鐵磁材料還保留一定值的磁感應強度，通常稱為鐵磁材料的剩磁。（2）要消除剩磁，使B降為零，必須加一個反方向磁場，這個反向磁場強度叫做該鐵磁材料的矯頑磁力。（3）H上升到某一個值和下降到同一數值時，鐵磁材料內的B值并不相同，即磁化過程與鐵磁材料過去的磁化經歷有關。對于同一鐵磁材料，若開始時不帶磁性，依次選取磁化電流為I1、I2、Im(I1< I2< Im)則相應的磁場

4、強度為H1、H2、Hm。在每一個選定的磁場值下，使其方向發生兩次變化（即H1- H1H1,Hm- HmHm等），則可得到一組逐漸增大的磁滯回線（圖2）。我們把原點o和各個磁滯回線的頂點a1、a2、a所連成的曲線，稱為鐵磁材料的基本磁化曲線?？梢钥闯?，鐵磁材料的B和H不是直線，即鐵磁材料的磁導率不是常數。由于鐵磁材料磁化過程的不可逆性及具有剩磁的特點，在測定磁化曲線和磁滯回線時，首先必須將鐵磁材料預先退磁，以保證外加磁場H=0時，B=0；其次，磁化電流在實驗過程中只允許單調增加或減少，不可時增時減。a圖3 退磁過程：由Br到a,然后經一系列不閉合的回線收縮至原點圖2 基本磁化曲線在理論上，要消除

5、剩磁，只需通一反方向磁化電流，使外加磁場正好等于鐵磁材料的矯頑磁力就行。實際上，矯頑磁力的大小通常并不知道，因而無法確定退磁電流的大小。我們從磁滯回線得到啟示：如果使鐵磁材料磁化達到飽和，然后不斷改變磁化電流的方向，與此同時逐漸減小磁化電流，以至于零，那么該材料得磁化過程就是一連串逐漸縮小而最終趨于原點的環狀曲線，如圖3所示。當H減小到零時，B亦同時降為零，達到完全退磁。（二）示波器顯示樣品磁滯回線的實驗原理及電路只要設法使示波器X軸輸入正比于被測樣品中的H，使Y軸輸出正比于樣品的B，保持H 和B為樣品中的原有關系就可在示波器熒光屏上如實地顯示樣品的磁滯回線。怎樣才能使示波器的X軸輸入正比于H

6、,Y軸輸入正比于B呢？圖4為測試磁滯回線的原理圖。L為被測樣品的平均長度（虛線框）， N1、N2分別為原、副邊匝數，R1、R2為電阻，C為電容。ºUCHi1R1U1R2i2LN1接示波器X軸輸入接示波器Y軸輸入CººU2N2S圖4 當原邊輸入交流電壓時就產生交變的磁化電流i1,由安培環路定律可算得磁場強度H為 （2）又因 （3） 所以 （4） 由上式可知Hu1,加到示波器X軸的電壓u1確能反映H。交變的H樣品中產生交變的磁感應強度B。假設被測樣品的截面積S，穿過該截面的磁通BS,由法拉第電磁感應定律可知，在副線圈中將產生感應電動勢 （5）由圖4副邊的回路方程式 （

7、6） 式中i2為副邊電流，為電容C兩端的電壓。設i2向電容器C充電，在t時間內充電量為Q，則此時電容兩端的電壓表示如下： （7）當我們選取足夠的R2、C時，使小到與相比可以略去不計時，（6）式簡化為 （8）又因 （9）所以（8）式變為 （10） 根據電磁感應定律 （11）將（11）式兩邊積分，經整理后可得到B的數值為 （12）（12）式表明電容器上的電壓B，的確能反映B。故只要將u1、uc 分別接到示波器的X軸與Y軸輸入，則在熒光屏上掃描出來的圖形就能如實反映被測樣品的磁滯回線。依次改變u1（從零遞增）值，便可得到一組磁滯回線，各條磁滯回線頂點的連線便是基本磁化曲線。由此可近似確定其磁導率，因

8、B與H是非線性的，故鐵磁材料的磁導率不是常數而是隨磁場強度H而變化。鐵磁材料的相對磁導率可高達數千乃至數萬，這一特點是它用途廣泛的主要原因之一。鐵磁材料分為硬磁和軟磁BH曲線如圖5所示。圖5 不同鐵磁材料的磁滯回線 三 實驗裝置圖 6觀察和測量磁性材料的磁滯回線和基本磁化曲線的線路如圖6所示圖中變壓器、電阻R1、被測樣品、電容器C2等均已安裝在實驗儀中。實驗時，只需連接好相應的導線，X(H)接至示波器X軸輸入，Y(B) 接至示波器Y軸輸入，“”接至示波器地即可。四實驗內容1 電路連接：選樣品1按實驗儀上所給的電路圖連接線路，并令R1=4.0,“U選擇”開關K1置于0.5V。和（即和）分別接示波

9、器的“X輸入”和“Y輸入”，插孔“”為公共端。2 樣品退磁：開啟實驗儀電源，對試樣1進行退磁，即順時針方向轉動“電壓選擇” 旋鈕K1,令U從0.5V增至5V，然后逆時針方向轉動旋鈕，將U從最大值降為0.5V，其目的是消除剩磁，確保樣品處于磁中性狀態，即B=H=0。HB圖7 U2和B的相位差等因素引起的歧變 3. 觀察磁滯回線：開啟示波器電源，令光點位于坐標網格中心，令U=4.0V，并分別調節示波器X和Y軸的靈敏度，使顯示屏上出現圖形大小合適的磁滯回線（若圖形頂部出現編織狀的小環，如圖7所示，這時可降低勵磁電壓U予以消除）。4.觀察基本磁化曲線：按步驟2對樣品進行退磁，從U=0.5V開始，逐檔提

10、高勵磁電壓，將顯示屏上得到面積由小到大一個套一個的一簇磁滯回線。這些磁滯回線頂點的連線就是樣品的基本磁化曲線。5.觀察、比較樣品1和樣品2的磁化性能。6.測繪H曲線：仔細閱讀測試儀的使用說明，接通實驗儀之間的連線。開啟電源，對樣品進行退磁后，依次測定U0.5，1.05.0V時的十組和值，作H曲線。7.令U=4.5V,R1=4.0測定樣品1的、和BH等參數。8.取步驟7中的H和其相應的B值，用坐標紙繪制B-H曲線（如何取數？取多少組數？自行考慮），并估算曲線所圍面積。五 實驗記錄 表一 基本磁化曲線與H曲線。U(V)H(安/米)B(特斯拉)(亨利/米)0.51.01.52.02.53.03.54

11、.04.55.0表二 BH曲線NO.H(A/M)B(T)NO.H(A/M)B(T)NO.H(A/M)B(T)134672356833669437705387163972740738417494275104376114477124578134679144780154881164982175083185184195285205386215487225588235689245790255891265992276093286194296295306396316497326598336699附錄：磁滯回線測試儀使用說明一、 磁滯回線測試儀的面板布置如圖8所示：圖 8Xin：磁場強度H輸入端，接實驗儀。G

12、ND：接地端，接實驗儀。Yin：磁感應強度B輸入端，接實驗儀。Xout：磁場強度H輸出端，接示波器X軸輸入端。GND：接地端，接示波器接地端。Yout：磁感應強度B輸出端，接示波器Y軸輸入端。 F ：功能選擇鍵，用于選取不同的功能，每按一次鍵，將在數碼顯示器上顯示相應的功能。 ：增加鍵，用于選擇下一個功能或增加數值。 ：減小鍵，用于選擇上一個功能或減少數值。 ：確認鍵，當功能選定和數據設定后，按下確認鍵后便可使當前的設定有效。H：磁場強度顯示窗，A/m。當設定時顯示功能號。B：磁感應強度顯示窗，T。當設定時顯示數值。二、測試儀器操作說明：開啟電源后，H顯示窗即顯示 Xin端的輸入電壓，B顯示窗

13、即顯示Yin端的輸入電壓。功能設定，按 F ，則H窗顯示“F*”，其中“*”為功能序號，閃爍，若此功能有參數設定，則在B窗顯示參數，這時，可按 或 來選擇功能序號，選定后按 。H窗停止閃爍，B窗閃爍，此時可按或來修改參數，確定后按，B窗停止閃爍。H窗功能序號又繼續閃爍，可進行下一功能的設定。（1）F00：輸入電壓顯示。按 F鍵和， 鍵，使H窗顯示“F00”，B窗示“U1U2”,接著按鍵，則在H窗顯示Xin端輸入電壓，在B窗顯示Yin端電壓，所顯示的電壓單位為伏。（2）F01：電阻R1數值設定。在H窗顯示功能號“F01”，在H窗顯示功能號“F01”，在B窗顯示電阻R1的數值，可通過和鍵進行修改，

14、修改完畢后按鍵確定。此R1的數值必須與實驗儀上R1所設定的電阻數值相同，電阻的單位為歐姆。（3）F02：磁滯曲線采樣。本測試儀共可存儲10條磁滯回線。H窗顯示“F02”，閃爍，按，H窗顯示穩定，B窗顯示所要測試的磁滯回線的序號“n=*”，“*”的序號為09，通過和鍵選定序號后按鍵，將對磁滯回線進行采樣，并存儲在測試儀中。此時，可在XOUT和YOUT端用示波器觀察到采樣后的磁滯回線波形，若觀察到波形不合適，可按鍵重新采樣。用或鍵改變序號后，可以對其余的磁滯回線進行采樣。（4）F03：磁滯回線清除。H窗顯示“F03”，閃爍，B窗顯示“n= *”，按鍵后，H窗顯示穩定，B窗中序號“*”閃爍，可用和鍵

15、選定所要清除的磁滯回線的序號，按鍵進行清除。（5）F04：磁滯回線全體清除。H窗顯示“F04”，閃爍，B窗顯示“ALL”，按鍵將對存儲在測試儀中的所有磁滯回線進行清除。按F鍵后退出清除功能。（6）F05：磁滯回線顯示。H窗顯示“F05”，閃爍，在B窗顯示“n=*”，按鍵后H窗顯示穩定，B窗中序號“*”閃爍，通過或鍵改變所要輸出的磁滯回線的序號，按F鍵，在XOUT和YOUT端輸出H與B的波形，可以在示波器上進行顯示。改變序號可以觀察其余的磁滯回線。（7）F06：磁滯回線全體顯示。H窗顯示“F06”，閃爍，B窗顯示“ALL”，按鍵后將存儲在測試儀中的所有磁滯回線通過XOUT和YOUT輸出，可以在示

16、波器上觀察到一簇磁滯回線。（8）F07：基本磁化曲線顯示。H窗顯示“F07”，閃爍，B窗顯示“BH”，按鍵后將多余磁滯回線的頂點經過擬合后，通過XOUT和YOUT端輸出，在示波器上顯示。（9）F08：磁導率曲線顯示。H窗顯示“F08”，閃爍，B窗顯示“H”，按鍵后對基本磁化曲線的磁導率B/H通過YOUT輸出，H通過XOUT輸出，在示波器上顯示隨H的變化曲線。（10）F09：顯示矯頑力HC。H窗顯示“F09”，閃爍，B窗顯示“HC=*”，按鍵后H 窗顯示穩定，B窗中序號“*”閃爍，通過或鍵改變所要測量的磁滯回線的序號，按F鍵，H窗顯示所要測定矯頑力HC的值，B窗顯示保持不變。（11）F10：顯示

17、剩磁B r。在H窗顯示“F10”，閃爍，在B窗顯示“Br=*”，按鍵后H窗顯示穩定，B窗中序號“*”閃爍，通過或鍵改變所要測量的磁滯回線的序號，按F鍵，H窗顯示“F10*”,B窗顯示所要測定的剩磁Br的值。（12）F11：顯示Hm。在H窗顯示“F11”，閃爍，在B窗顯示“H.=*”，按鍵后H窗顯示穩定，B窗中序號“*”閃爍，通過或鍵改變所要測量的磁滯回線的序號，按F鍵，H窗顯示所測定Hm的值。B窗顯示保持不變。（13）F12：顯示Bm。在H窗顯示“F12”，閃爍，在B窗顯示“B.*”，按鍵后H窗顯示穩定，B窗中序號“*”閃爍，通過或鍵改變所要測量的磁滯回線的序號，按F鍵，H窗顯示“F12*”，B窗顯示所要測定的Bm的值。（14）F13：顯示磁滯損耗BH。在H窗顯示“F13”，閃爍，B窗顯示“n=*”，按鍵后H窗顯示穩定，B窗中序號“閃爍”，通過或鍵改變所要測量的磁滯回線的序號，按F鍵