磁滞回线实验讲义(用示波器观测铁磁材料的磁化曲线和磁滞曲线)
用示波器观察铁磁材料 的磁化曲线和磁滞回线
3．示波器显示B—H曲线的原理和线路
图3 示波器测量B-H曲线的实验线路
图4 铁芯试样外形
在试样上绕有励磁线圈匝和测量线圈匝。若在线圈中通过磁化电流时，此电流在 试样内产生磁场，根据安培环路定律，磁场强度H的大小为：
H N1I1
（1）
由图3可知示波器LX轴偏转板输入电压为 ：
U x I1R1
因交变的磁场H在样品中产生交变的磁感应强度B，则 ：
E2
N2
d dt
N2S
dB dt
式中S为环状试样的截面积，则 ：
Uy
Uc
Q C
1 C
I2dt
1 CR2
E2dt
N2S CR2
dB
N2S CR2
B
（4）
4 示波器的定标
对具有校正信号的示波器，可根据示波器的使用方法，对X轴和Y轴分别 进行定标，校正X轴和Y轴上每格表示的电压值后即可以进行测量。
（2）
由式（1）和式（2）得
为了测量磁感应强度B，在次级线圈 上串N联2 一个电阻 R2 与电容C构成一
个回路，同时R2与C又构成一个积分电路。使
R2
1 C
，则：
I2
E2
式中，ω为电源的角频[R率22 ，(1C
E2
1
)2 ]2
R2
E为2 次级线圈的感应电动势。
2 磁滞回线
当H从Hs减小时，B也随之减小，但 不沿原曲线返回，而是沿另一曲线ab 下降。当H下降为零时，B不为零。 使磁场反向增加到-Hc时，材料中的 磁感应强B下降为零，继续增加反向
磁滞回线实验讲义(用示波器观测铁磁材料的磁化曲线和磁滞曲线)
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。
磁滞回线实验-实验说明
研究铁磁材料的 磁滞回线和基本的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 。
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
现磁滞回线。
操作指南（续1）
观察基本磁化曲线。对样品进行退磁，从 U=0开始提高励磁电压，将在显示屏上得到 面积由小到大的一族磁滞回线。这些磁滞回 线的顶点就是样品的基本磁化曲线，长余辉 示波器，便可观察到该曲线的轨迹 。
观察比较样品1和2的磁化性能。 测绘曲线。接通实验仪和测试仪之间的连线。
基本磁化曲线。磁滞回线顶点的连线为铁
磁材料的基本磁化曲线，磁导率。
B
H
3，实验仪器
数码照片 磁滞回线实验组合分为实验仪和测试仪两大部
分。
4，操作指南
电路连接。选样品1按实验仪上所给的电路图 连接线路，令 R1 2.5，“U选择” 置于0 位。U 1 和 U 2 分别接示波器的“X输入”和 “Y输入”。
铁磁材料的磁滞回线 和基本磁化曲线
1，简介
铁磁材料（镍、钴、铁及其合金）在电力、通 讯等领域有着十分广泛的应用。磁滞回线磁滞 回线反映磁性材料在外磁场中的磁化特性。
2，实验原理
铁磁物质。在外磁场作用下，能被强烈磁化，磁导率很 高。磁场作用停止后，仍保持磁化状态，即磁滞。
磁化曲线。O点为磁中性状态，即BH0，当磁场H
结语谢谢大家！来自从0开始增加时，B随之缓慢上升，并当H到 H s 时，B达
到饱和值 B s ，到此为磁化曲线。当H减小到0时，B不
为0，而保留剩磁 B r 。 当磁场反向从0逐渐变为时，B消失，即要消除剩磁，必 须加反向磁场。H c 为矫顽力，反映保持剩磁状态的能力。
磁化曲线和磁滞回线
实验原理（续）
磁滞回线。当铁磁材料处于交变磁场中， 将沿磁滞回线反复运动，在此过程中要消 耗额外的能量，并以热的形式释放，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。
铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
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：BH B mB r a b －H m f o HC c d H 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。
实验十三 用示波器法测量铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
实验十三用示波器法测量铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线本实验中用交流电对铁磁材料样品进行磁化，测得的B H-曲线称为“动态磁滞回线”。
【实验目的】1．利用动态法测量磁性材料的磁化曲线和磁滞回线；2．了解磁性材料的基本特性；3．了解磁性材料的退磁以及磁锻炼的方法。
【实验仪器】TH/KH—MHC型智能磁滞回线实验仪、磁滞回线测试仪、示波器、电源、导线等。
【实验原理】磁滞回线和基本磁化曲线反映了铁磁材料磁特性的主要特征。
本实验仪用交流电对铁磁材料样品进行磁化，测绘的B-H曲线称为动态磁滞回线。
测量铁磁材料动态磁滞回线的方法很多，用示波器测绘动态磁滞回线具有直观、方便、迅速及能在不同磁化状态下（交变磁化及脉冲磁化等）进行观察和测绘的独特优点。
1．铁磁材料的磁滞特性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。
其特性之一是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ=B/H 很高。
另一特征是磁滞，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 之间关系的特性。
即磁场作用停止后，铁磁物质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁场强度H之间的关系曲线。
将一块未被磁化的铁磁材料放在磁场中进行磁化，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，当磁场强度H从零开始增加时，磁感应强度B随之从零缓慢上升，如曲线oa所示，继之B随H迅速增长，如曲线ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至H S时，B达到饱和值B S，这个过程的oabS曲线称为起始磁化曲线。
如果在达到饱和状态之后使磁场强度H减小，这时磁感应强度B的值也要减小。
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，对应的B值比原先的值大，说明铁磁材料的磁化过程是不可逆的过程。
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，这种现象称为磁滞。
铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线
实验铁磁材料的磁滞回线的测绘【实验目的】1.了解铁磁材料的磁滞性质。
2.了解用示波器显示磁滞回线的基本原理。
3.测绘材料的磁滞回线。
【实验仪器】磁滞回线实验组合仪、实验仪、测试仪、双踪示波器【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10-1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HS时, B到达饱和值BS, oabs称为起始磁化曲线。
图10-1表明, 当磁场从HS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－HD时, 磁感应强度B消失, 说明要消除剩磁, 必须施加反向磁场, HD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10-1还表明, 当磁场按HS→O→HD→-HS→O→HD´→HS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。
图10-1 铁磁物质起始磁化曲线曲线和磁滞回线图 10-4 不同铁磁材料的磁滞回线可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据, 图10-4为常见的两种典型的磁滞回线, 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。
磁滞回线实验-实验说明
【实验内容】 一. 用 FB310A 磁滞回线实验仪、示波器观察磁滞回线和磁化曲线：
可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图2所示，这些磁滞回线顶点的连线称
为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似确定其磁导率 µ = B ，因 B 与 H 非线性，故铁 H
磁材料的 µ 不是常数而是随 H 而变化（如图 3 所示）。铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃
至数万，这一特点是它用途广泛的主要原因之一。
研究铁磁材料的 磁滞回线和基本的磁化曲线
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。
处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），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。
应该说明，当初始态为 H = B = 0 的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，
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（达120 ~ 2 ×104 A / m 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 HC 一般小于120A / 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。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。
用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线(实验报告)
1、如果示波器上显示的磁滞回线是饱和磁滞回线，当调节X、Y电压灵敏度时，磁滞回线形状是否改变？饱和磁感应强度BS、饱和磁场强度HS、矫顽力、磁化曲线数值是否改变？
如图4，设L为环形样品的平均磁路长度，若在线圈N1中通过励磁电流I1时，此电流在样品内产生磁场，磁场强度H的大小根据安培环路定律:
，
即： I1
R1两端电压U1为： U1= I1R1= H (1)
由（1）式可知，若将电压U1输入示波器 X偏转板时，示波器上任一时刻电子束在X轴的偏转正比于磁场强度H。
为了追踪测量样品内的磁感应强度B,在截面面积为S的样品中缠绕副线圈N2，B可通过副线圈N2中由于磁通量变化而产生的感应电动势ε来测定。根据电磁感应定律：
2、显示和观察两种样品的交流信号下的磁滞回线图形（先测量样品1）
1）单调增加磁化电流，即缓慢顺时针调节幅度调节旋钮，使示波器显示的磁化曲线上B值增加缓慢，达到饱和。改变示波器上X、Y轴的灵敏度,调节R1、R2的大小，使示波器显示出典型美观的磁滞回线图形。
2）分别观测频率为25.0Hz、50.0Hz、100.0Hz、150.0Hz，不同频率下的磁滞回线形状（注意：由于铁磁材料的磁化状态与磁化历史有关，磁滞回线又与其起始端点的磁化状态有关。观测每一频率下的磁滞回线前，必须使幅度值降为零。否则，观测无意义）。
即：ε=- )
B=-
为了获得与B相关联的电压数值（因示波器只接收电压），在副线圈上串联一个电阻R2与电容C，电阻R2与电容C构成一个积分电路，此时ε=iR2+Uc(i为感生电流，Uc为积分电容两端电压)，适当选择R2与电容C，使R2 则电容两端的电压Uc为：
Uc= (2)
由（2）式可知，若将电压Uc输入示波器的Y偏转板，示波器上任一时刻电子束在Y轴的偏转正比于样品中的磁感应强度B。
讲义：磁化曲线和磁滞回线测量
实验C 磁化曲线和磁滞回线测量磁性材料应用广泛，扬声器永久磁铁、变压器铁芯、计算机磁盘等都采用磁性材料。
铁磁材料分为硬磁和软磁两大类。
硬磁材料的剩磁和矫顽力大（102 ~2⨯104 A/m），可做永久磁铁。
软磁材料的剩磁和矫顽力小（102 A/m以下），容易磁化和去磁，广泛用于电机和仪表制造业。
磁化曲线和磁滞回线是磁材料的重要特性，是变压器等设备设计的重要依据。
磁滞回线测量可分静态法和动态法。
静态法是用直流来磁化材料，得到的B—H曲线称为静态磁滞回线。
动态法是用交变来磁化材料，得到的B—H曲线称为动态磁滞回线。
静态磁滞回线只与磁化磁场的大小有关，磁样品中只有磁滞损耗；而动态磁滞回线不仅与磁化磁场的大小有关，还与磁化场的频率有关，磁样品中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗。
因此，同一磁材料在相同大小磁化场下，动态磁滞回线的面积比静态磁滞回线大，损耗大。
本实验采用动态法测量软磁样品的动态磁滞回线和磁化曲线，测量曲线可连续或逐点显示在LCD（液晶）屏上，直观、简便、物理过程清晰。
【实验目的】1.了解磁滞回线和磁化曲线概念，加深对磁材料矫顽力、剩磁等参数的理解。
2.掌握磁材料磁化曲线和磁滞回线的测量方法，确定B s、B r和H c等参数。
3.探讨励磁电流频率对动态磁滞回线的影响。
【预备问题】1.为什么测磁化曲线先要退磁？2.为什么测量磁化曲线要进行磁锻炼？3.为什么动态磁滞回线的面积比静态磁滞回线大，损耗大？【实验仪器】FC10-II型智能磁滞回线实验仪。
【实验原理】1.铁磁材料的磁化规律(1) 初始磁化曲线在强度为H的磁场中放入铁磁物质，则铁磁物质被磁化，其磁感应强度B与H的关系为：B = H， 为磁导率。
对于铁磁物质，μ不是常数，而是H的函数。
如图1所示，当铁磁材料从H=0开始磁化时，B随H逐步增大，当H增加到H s时，B趋于饱和值B s，H s称为饱和磁场强度。
从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线OS，称为初始磁化曲线。
实验二十三示波器法测定铁磁材料的磁化曲线和磁滞曲线(精)
实验二十三 示波器法测定铁磁材料的磁化曲线和磁滞曲线【目的】1.了解用示波器法显示磁滞回线的基本原理2.学会用示波器法测绘磁化曲线和磁滞回线【原理】1.铁磁材料（如铁、镍、钴和其他铁磁材料）除了具有高的磁导率外，另一个重要的特点就是磁滞。
磁滞现象是材料磁化时，材料内部磁感应强度B 不仅与当时的磁场强度H 有关，而且与以前的磁化状态有关。
图4-48表示铁磁质的这种性质，设铁磁质在开始时没有磁化，如磁场强度H 逐渐增加，B 将沿oa 增加，曲线oa叫做起始磁化曲线，当H 增加到某一值时，B几乎不变。
若将磁场强度H 减小，则B 并不沿原来的磁化曲线减小，而是沿图中ab 曲线下降，即使H 降到零（图中b 点），B 的值仍接近于饱和值，与b 点对应的B 值，称为剩余磁感应强度B ｒ（剩磁）。
当加反向磁场H 时，B 随着减小，当反向磁场H 达到某一值（如图中c 点）时，B=0，与oc 相当的磁场强度H ｃ称为矫顽磁力。
当反向磁场继续增加时，铁磁质中产生反向磁感应强度，并很快达到饱和。
逐渐减小反向磁场强度，减到零，再加正向磁场强度时，则磁感应强度沿defa 变化，形成一闭合曲线abcdefa ，称该闭合曲线为磁滞回线。
由于有磁滞现象，能够有若干个B 值与同一个H 值对应，即B 是H 的多值函数，它不仅与H 有关，而且与这铁磁质磁化程度有关。
例如：与H=0相应的B 有以下3个值。
⑴B ＝0的o 点，这与原来没有磁化相对应。
⑵B ＝B ｒ，这是在铁磁质已磁化后发生的。
⑶B ＝－B ｒ，这是在反向磁化后发生的。
必须指出，当铁磁材料从未被磁化开始，在最初的几个反复磁化的循环内，每一个循环H 和B 不一定沿相同的路径进行（曲线并非闭和曲线）。
只有经过十几次反复磁化（称为“磁锻炼”）以后，才能获得一个差不多稳定的磁滞回线。
它代表该材料的磁滞性质。
所以样品只有“磁锻炼”后，才能进行测绘。
不同铁磁材料，其磁滞回线有“胖”、“瘦”之分，通常根据磁滞回线的不同形状将磁铁分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料等几种。
铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
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 →－→－H m →O →→H m 的顺序变化时，c H c H B 相应沿O →→→O →－→－→O →的顺序变化。
m B r B m B r B m B 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，通常称为铁r B r B 磁材料的剩磁。
用示波器测量铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线试验原理
线圈N1中交变磁场H在铁磁材料中产生交变的磁感应 强度B，因此在线圈N2中产生感应电动势 2 ，其大小 用公式（2）表示
d dB 2 N2S dt dt
（2）
2 是线圈N2中产生的感应电动势
N 2 , S2 分别是线圈N2的匝数和截面积
当 R2
1 时， 2fC
I2
2
H
N1 Ux, LR1
B
的磁场强度H和磁感应强度B的值。有公式：
H0 H B , B0 nx ny
实验内容： 1、熟悉示波器各旋钮的作用，学会用示波器测量电压；
2、按照实验原理图正确连接线路，在确认调压器的输 出为0伏后，接通电源；
3、对被测样品退磁（将输出电压升至80V，再将电压由 80V逐渐降到0V）； 4、用80V时的磁滞回线对示波器H轴、B轴进行定标（计 算示波器上每格对应的H0，B0的值）。 5、用列表法计算出不同电压下磁滞回线顶点对应的 B， H值，并在坐标纸上绘出基本磁化曲线和80伏时的磁 滞回线并计算80伏时Hm，Bm，Hc，Br的值。
该式表明了在交变磁场下，任一时刻输入到示波器上的 电压降Ux与磁场强度H 成正比。 输入到示波器y偏转板上的电压Uy: 为了得到和铁磁材料中的瞬时磁感应强度B成正比的Uy 值，采用电阻R2和电容C组成的积分电路。
L N 1 H U x I1R1 H I 1 I1 N1 L LR1 Ux H .....( 1) N1
d
反向减小H到0，则B沿de到－Br。H按原方向增加经ef到Hc； 继续增大H，则B沿fa回到原来饱和状态。
不同的铁磁质具有不同形状的磁滞回线，按矫顽 力的大小，铁磁材料可分为：
软磁材料：矫顽磁力很小 ，适合于做变压器、 电机中的铁芯等。 硬磁材料：矫顽磁力很大，常用做永磁体。
铁磁性材料的磁化曲线和磁滞回线
铁磁性材料的磁化曲线和磁滞回线实验原理•用示波器测量计算出N1,N2处的磁场强度H 和磁感应强度B.实验背景•硬磁材料的磁滞回线宽，剩磁和矫顽力较大（在120-20000A/M，甚至更高），因而磁化后，它的磁感应强度能保持，适宜于制作永久磁铁。
•软磁材料（如硅钢片）的磁滞回线窄，矫顽力小（一般小于120A/M），但它的磁导率和饱和磁感应强度大，容易磁化和去磁，通常用于制造电机、变压器和电磁铁。
实验目的•了解示波器显示磁滞回线的基本原理。
•学习用示波器测绘磁化曲线和磁滞回线。
实验仪器：示波器操作步骤•链接准备链接好电路调节示波器，使电子束线光点在坐标中心•仪器调节-调节输出频率为50Hz,增加磁化电流，荧光屏将出现由小倒大的磁滞回线图像。
调节R1,R2,改变示波器上x，y轴增益，使示波器显示出典型美观的磁滞回线图形，减小磁化电流进行退磁。
•数据纪录-将磁场H由0（信号发生起电压）开始，逐步增加至B达到饱和（次级电压增加很缓），记录对应于H（初级电压）的B（次级电压）值。
数据的记录密度，要有利于绘制B~H图！磁化曲线•图形来表示某种铁磁材料在磁化过程中磁感强度B与磁场强度H之间关系的一种曲线，又叫B-H曲线。
不同的铁磁材料有着不同的磁化曲线，其B的饱和值也不相同。
但同一种材料，其B的饱和值是一定的。
磁滞回线磁滞回线表示磁场强度周期性变化时，铁磁性物质磁滞现象的闭合磁化曲线。
它表明了铁磁性物质反复磁化过程中磁感应强度B与磁场强度H之间的关系。
注意事项•为避免磁化后温度过高，减小通电时间，且电流要小。
•调整好磁滞回线的大小，形状后要退磁。
物理实验指导书：磁化曲线和磁滞回线
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。
《大学物理实验》教案实验21用示波器法测定铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
《大学物理实验》课程教学大纲（04年5月）课程编号：010C1041、010C104260学时3学分一、课程教学对象本课程教学对象为全校理工科类各专业的本科生。
二、课程性质、目的和任务《大学物理实验》是理工科类学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础课程，是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端，是大学生今后从事科学实验工作的入门课程，它的一整套实验知识、方法和技能也是各专业后续课程的基础之一。
本课程设置的目的：使学生在物理实验的基础知识、基本方法和基本实验技能方面受到一定的训练，培养学生具有初步的实验能力、良好的实验习惯、遵守纪律和爱护公共财产的优良品德、严谨求实的治学态度、活跃的实验科学思维、敢于探索的创新精神、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力，为各专业学生学习后续课程和今后从事科技工作打下基础。
本课程的任务：1.培养学生实事求是的精神和严谨的科学态度，如实地记录实验中出现的物理现象和实验数据，能根据实验要求设计数据表格；2.初步学会用科学实验的思想和方法观察、分析某些简单的物理现象和规律，理论联系实际，加深对物理学原理的理解；3.掌握一些常用物理量及物性参数（如长度、时间、质量、热量、温度、压强、电流、电压、电阻、电感、电容、磁场强度、光强度、频率、波长、折射率、电子电荷）的测量方法，能正确使用常用的物理实验仪器和量具，能按实验要求选择仪器的准确度等级或测量范围，注意加强数字化测量技术和计算技术在物理实验教学中的应用；4.掌握常用的实验操作技术。
例如：零位调整、水平/铅直调整、光路的共轴调整、消视差调整、逐次逼近调整、根据给定的电路图正确接线、简单的电路故障检查与排除，以及在近代科学研究与工程技术中广泛应用的仪器的正确调节；5.了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用。
例如：比较法、转换法、放大法、模拟法、平衡法和干涉、衍射法，以及在近代科学研究和工程技术中的广泛应用的其他方法；6.培养学生正确处理实验数据的初步能力：1)掌握有效数字运算法则；2)掌握一些常用的实验数据处理方法（如列表法、逐差法、作图法等），初步学会应用计算机通用软件处理实验数据的基本方法；3)掌握测量误差与不确定度的基本概念，学会直接测量和间接测量的不确定度估算方法，正确表达实验结果；4)初步学会分析实验误差的性质以及减小、消除或校正某些误差的方法。
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4
图 6 DH4516N 型动态磁滞回线测试仪
2. 观测样品 1 在不同频率交流信号下的磁化曲线和磁滞回线。 （1）按图 5 所示的线路图接线。 注意：由于信号源、电阻R1和电容C的一端已经与地相连，所以不能与其他接线端相 连接。否则会短路信号源、UR或UC，从而无法正确做出实验。 标有红色箭头的线表示接线的方向，样品的更换通过换接接线位置来完成。 （2） 逆时针调节幅度调节旋钮到底， 使信号输出最小。 调示波器显示工作方式为 X-Y 方式， 示波器 X 输入和 Y 输入选择为 DC 方式。 （3）接通示波器和 DH4516N 型动态磁滞回线测试仪电源，适当调节示波器辉度，以 免荧光屏中心受损。预热 10 分钟后开始测量。 （ 4 ）将示波器光点调至显示屏中心，调节实验仪频率调节旋钮，频率显示窗显示 50.00Hz。 （5）退磁。 ①单调增加励磁电流，即缓慢顺时针调节幅度调节旋钮，使示波器显示的磁滞回线上 B值缓慢增加，达到饱和。改变示波器上X、Y输入衰减器开关（偏转因数旋钮） ，并将他 们的微调旋钮顺时针旋转到底（此时偏转因数旋钮对应的数值处于校准状态） ，调节R1、
μ=
B μ0 H
通常铁磁材料的 μ 是温度 T、磁化场 H、频率 f 的函数。基本磁化曲线上的点与原点 的连线的斜率即为磁导率。 H → 0 时的磁导率称为起始磁导率，即
μi = lim
H →0
B μ0 H
7
（7）测绘动态磁滞回线 ①当示波器显示的磁滞回线的顶点在 X 方向上读数为（-5.00，+5.00）格时（即在饱 和状态） ，记录磁滞回线在 X 坐标分别为-5.00、-4.00、-3.00、-2.00、-1.50、-1.00、 -0.50、0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、3.00、4.00、5.00 格时，相对应的 Y 坐标，将 数据填入表 2。 表2 序号 X/格 Y1/格 Y2/格 续表 序号 X/格 Y1/格 Y2/格 9 0.50 10 1.00 11 1.50 12 2.00 13 3.00 14 4.00 15 5.00 1 -5.00 2 -4.00 3 -3.00 4 -2.00 5 -1.50 6 -1.00 7 -0.05 8 0.00
图 7
（6）测磁化曲线（即测量大小不同的各个磁滞回线的顶点的连线） 。 ①单调增加磁化电流，即缓慢顺时针调节幅度调节旋钮，使磁滞回线顶点在 X 方向读 数分别为 0、0.40、0.80、1.20、1.60、2.00、2.40、3.00、4.00、5.00，单位为格（指一大 格） ，记录磁滞回线顶点在 Y 方向上读数。将数据填入表 1。 表 1 序号 X/格 Y/格 1 0 2 0.40 3 0.80 4 1.20 5 1.60 6 2.00 7 2.40 8 3.00 9 4.00 10 5.00
图 5 在圆环状磁性样品上绕有励磁线圈N1匝（原线圈）和测量线圈N2 匝（次线圈），当 N1 通以交变电流i1 时，样品内将产生磁场，根据安培环路定律有:
i1 =
HL N1
（1）
式中L为的环状样品的平均磁路长度。R1两端的电压UR1为：
UR =
1
LR1 H N1
（2）
上式表明磁场强度H与UR1成正比，将R1两端的电压送到示波器的X输入端，即
把图 3 中原点O和各个磁滞回线的顶点a1,a2，…a所连成的曲线，称为铁磁性材料的 基本磁化曲线。不同的铁磁材料其基本磁化曲线是不相同的。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（H = 0，B = 0）开始，因此在 测量前必须进行退磁，消除样品中的剩余磁性，以保证外加磁场H = 0，B = 0。在理论上， 要消除剩磁Br，只需通一反向励磁电流，使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽磁力即可。 实际上，矫顽磁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，然后不断改变励磁电流的方向（如采用交变 电流） ，与此同时逐渐减小励磁电流，直到为零。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。当H减小到零时，B亦同时降为零，达到完全 退磁。
5
R2的大小，使示波器显示出典型美观的磁滞回线图形，并使磁滞回线顶点在水平方向上的 读数为（-5.00，+5.00）格，此后，保持示波器上X、Y输入偏转因数旋钮和R1、R2值固定 不变，以便进行H、B的测量。 ②单调减小励磁电流， 即缓慢逆时针调节幅度调节旋钮， 直到示波器最后显示为一点， 位于显示屏的中心，即 X 和 Y 轴线的交点，如不在中间，可调节示波器的 X 和 Y 位移旋 钮。实验中可用示波器 X、Y 输入的接地开关检查示波器的中心是否对准屏幕 X、Y 坐标 的交点。 注意：励磁电流在实验过程中只允许单调增加或减少，不能时增时减。 在频率较低时，由于相位失真，磁滞回线经常会出现如图 7 所示的畸变。这时需要 选择合适的R1、R2和C的阻值，可避免这种畸变，得到最佳磁滞回线图形。
3
（3）
式中S为线圈N2的横截面积。回路中的电流为：
i2 =
ε2
R22 + (1 ω c)2 ]
R2 >> 1 ，则： ωC
（4）
式中ω为电源的角频率。若适当选择R2和C使
i2 ≈
电容 C 两端的电压为:
ε2Байду номын сангаас
R2
（5）
UC =
Q 1 N S = ∫ i2 dt = 2 B C C CR2
(6)
将电容 C 两端电压送至示波器的 Y 轴输入端，即 U Y = U C ，则示波器 Y 方向偏转量的大 小反映了磁感应强度 B 的大小。 可见，只要通过示波器测出 UX 、 UY 的大小，即可得到相应的 H 和 B 值。当励磁 电流周期性变化时，并由小到大调节信号发生器的输出电压时，即能在荧光屏上观察到由 小到大扩展的磁滞回线图形。如果逐次记录其正顶点的坐标，并在座标纸上把它连成光滑 的曲线，就得到样品的基本磁化曲线。 【实验内容与步骤】 1．实验前先熟悉实验仪器的构成。本实验所用 DH4516N 型动态磁滞回线测试仪由测 试样品、功率信号源、可调标准电阻、标准电容和接口电路等组成。仪器面板如图 6 所示。 测试样品有两种，一种是圆形罗兰环，材料是锰锌功率铁氧体，磁滞损耗较小；另一 种是EI型硅钢片，磁滞损耗较大些。信号源的频率在 20～200Hz间可调；可调标准电阻R1、 R2均为无感交流电阻，R1的调节范围为 0.1～11Ω；R2的调节范围为 1～110kΩ。标准电容 有 0.1μF～11μF可选，其介质损耗很小。 实验样品的参数如下： 样品 1：平均磁路长度L=0.130m，铁芯实验样品截面积S=1.24×10-4m2，线圈匝数： N1=150 匝，N2=150 匝；N3=150 匝。 样品 2：平均磁路长度L=0.075m，铁芯实验样品截面积S=1.20×10-4m2，线圈匝数： N1=150 匝，N2=150 匝；N3=150 匝。
2 2
B-H 变化曲线如图 1 所示。 但当 H 增加到一定值 （Hs） 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。如图 1 中的 OS 端曲线所示。
B B
μ
S
B～H
～H
H
H
图 1 磁化曲线和μ～H 曲线 2、磁滞回线 当铁磁材料的磁化达到饱和之后， 如果将磁化场减少， 则铁磁材料内部的 B 和 H 也随 之减少，但其减少的过程并不沿着磁化时的 OS 段退回。而且当磁化场撤消，H=0 时，磁 感应强度仍然保持一定数值 B=Br，称为剩磁（剩余磁感应强度） ，如图 2 所示。
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 10 A/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 10 A/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 Bs、剩磁 Br 和矫顽力 Hc 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
6
注意：测量过程中保持示波器上X、Y输入偏转因数旋钮和R1、R2值固定不变，并记录 下列数据： R1 ＝ Sx ＝ Sy ＝ Ω； R2 ＝ Ω； C ＝ F；
V/格（X偏转因数调节钮的读数） ； V/格（Y偏转因数调节钮的读数） 。
②计算相应的 H（A/m）和 B（mT）值。 根据 X、Y 的读数可以得到输入到示波器 X 偏转板和 Y 偏转板上的电压：