磁特性综合实验实验报告

课程名称：大学物理实验（一）
实验名称：磁特性综合实验
s r c
二、实验原理
1.概念
饱和磁场强度H s:当磁场强度H增加到这一值时，磁感应强度B不再增加，达到饱和。

剩磁B r:剩余磁化强度，指磁体经磁化至饱和以后，撤去外磁场，在原来外磁场方向上仍能保持一定的磁化强度。

矫顽力H c:是指磁性材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁感应强度B并不退到零，只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零，该磁场称为矫顽磁场，又称矫顽力。

饱和磁感应强度B s：磁性材料磁化到饱和时的磁感应强度。

磁滞回线：不断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合曲线。

图1 起始磁化曲线和磁滞回线
①当H=0时，B≠0，这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度B r，通常称B r为铁磁物质的剩余感应
强度（剩磁）。

②若要使铁磁物质完全退磁，即B=0，必须加一个反方向磁场H c。

这个反向磁场强度H c，称为该铁磁
材料的矫顽力。

③B的变化始终落后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。

图2 基本磁化曲线
①当从初始状态H=0，B=0开始周期性地改变磁场强度的幅值时，在磁场由弱到强地单调增加过程
中，可以得到面积由大到小的一簇磁滞回线，如图2所示。

其中最大面积的磁滞回线称为极限
磁滞回线。

我们把图2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。

②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，必须将
铁磁材料预先退磁，以保证外加磁场H=0，B=0；退磁方法：逐渐减少磁化电流，直到B和H都
减小为零。

2.磁性材料的分类
磁性材料可分为顺磁质材料、抗磁质材料、铁磁质等。

其中铁磁材料可分为硬磁、软磁和两大类，区别在于H c不同。

图3 硬磁材料磁滞回线图4软磁材料磁滞回线图5 矩磁铁氧体磁滞回线
3.示波器测量B-H曲线的原理
示波器测量B—H曲线的实验线路如图6所示，其中X、Y接示波器的X轴和Y轴输入。

本实验研究的铁磁物质是一个环状试样。

在试样上绕有励磁线圈N1匝和测量线圈N2匝。

若在线圈N1中通过磁化电流i1，此电流在式样内产生磁场，根据安培环路定律HL=N1i1，磁场强度H的大小为：
H=N1i1
(1)
L
其中：
L：环状式样的平均磁路长度
由图6可知，示波器X轴偏转板的电压为：
U X=U R1=i1R1 (2)
由式(1)和式(2)得：
U X=LR1
N1
H (3)
故只需要通过示波器测出U X的电压再加上已知的R1、N1、L就可以计算出此时的磁场强度H。

图6 B—H曲线的实验线路
上式表明在交变磁场下，任一时刻示波器X轴的输入正比于磁场强度H。

为了测量磁感应强度B，在次级线圈N2上串联一个电阻R2与电容C构成一个回路，R2与C构成一个积分电路。

取电容C两端电压U C至示波器Y轴输入。

若适当选择R2和C的值，使R2≫1/ωC，则次级电流为
I2=E2
[R22+(1/ωC)2]1/2≈E2
R2
（4）
式中ω为电源的角频率，E2为次级线圈的感应电动势：
E2=N2dΦ
dt =N2S dB
dt
（5）
式中Φ为磁通量，S为环状式样的截面积，示波器Y输入电压为
U Y=U C=Q
C =1
C
∫I2dt=1
CR2
∫E2dt=N2S
CR2
∫dB
dt
dt=N2S
CR2
B （6）
故只需通过示波器测出U Y的电压再加上已知的N2、R2、C便可以求出此时的磁感应强度B。

所以需要使用示波器的XY测量，测出同一时刻的U X和U Y值，进而求出同一时刻的磁感应强度B和磁场强度H进而画出B-H曲线。

4.磁滞回线的获取
将U1和Uc分别接入到示波器的x轴和y轴，便得到磁滞回线。

其中：
U1=R1I=R1L1
N1
H（7）
U c=N2A
R2C
B（8）
图7 实验电路示意图
三、实验仪器
1.DH4516N磁特性综合测量实验仪
图1 DH4516N磁特性综合测量实验仪实物图2.GDS1104R数字示波器
图2 GDS1104R数字示波器
四、实验内容与步骤
1、线路连接，硬磁材料，样品2
a)按原理图接好线（仪器面板上已画线的地方是通路）；
b)调整各元件的参数值，找到合适的波形（参考值：R1=0.8Ω，R2=105kΩ，C=2.0μF）
2、示波器的操作
a)按Acquire键将模式改为xy。

b)按Cursor键两下出现坐标读取的横竖线，按H Cursor和V Cursor键对应的按钮选定某一组或两组坐标，再旋转Variable旋钮移动坐标读数。

图1 实验操作图
3、读取数据
a)磁滞回线(测量电源频率为50Hz时的磁滞回线)
H=N1V x
(1)
LR1
B=R2CV y
(2)
N2S
b)磁化曲线(测量电源频率50Hz时的磁化曲线)
样品1参数：L=0.130m，S=1.24×10−4m2，N1=N2=N3=150
样品2参数：L=0.075m，S=1.20×10−4m2，N1=N2=N3=150
图1 电源频率磁滞回线
由图知该样品矫顽力H c=237.5+232.5
2=235（A/m），剩磁B r≈700+676.667
2
≈388.334（mT），饱和磁感应强度
B S≈1213.334+1283.334
2
≈1248.334(mT)
2.基本磁化曲线
表2 基本磁化曲线数据表
序号X/mV H/(A/m)Y/mV B/mT
10000
2246010116.667
3369025291.667
45614042490
58822058676.667
611228064746.667
713634070816.667
816842076886.667
920852082956.667
10240600881026.667
11282705921073.333
12320800941096.667
13368920981143.333
1441610401001166.667
1544011001041213.333
相关计算如下（以第二行数据为例）：
已知：N1=150L=0.075m R1=0.8ΩR2=105kΩC=2μF N2=150S=1.2×10−4m2 X/mV 和Y/mV是实验记录数据
H2=N1V x2
LR1
=
150×24×0.001
0.075×0.8
=60(A/m)
B2=R2CV y2
N2S
=
105×1000×2×0.000001×10
150×1.2×0.0001
≈116.667(mT)
同理可得剩余数据。

据表2可做出下图：
图2 基本磁化曲线
由图知：当外加磁场强度为0时，磁感应强度也为0。

随着外加磁场的增加，磁化强度也随之增加，但增加速率逐渐减缓，直至达到饱和磁化强度。

此时，外磁场继续增加，磁化强度不再增加，基本保持不变。