铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

南昌大学物理实验报告

课程名称：普通物理实验（2）

实验名称：铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线学院：理学院专业班级：应用物理学152班学生姓名：学号： 5

实验地点：理生楼B208 座位号：23 实验时间：第六周星期五下午14点开始

一、实验目的：

1、掌握用磁滞回线测试仪测绘磁滞回线的方法。

2、了解铁磁物质的磁化规律，用示波器法观察磁滞回线，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。

3、测定样品的基本磁化曲线（B-H曲线），作μ －H 曲线。

4、测绘样品在给定条件下的磁滞回线，估算其磁滞损耗以及相关的、、、H、B等参量。

二、实验仪器：

磁滞回线测试仪、示波器。

三、实验原理：

1.铁磁材料的磁滞特性

铁磁物质是一种性能特异，在现代科技和国防上用途广泛的

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，磁导率μ

很高。另一特性是磁滞，即磁场作用停止后，铁磁材料仍保留磁

化状态。图一为铁磁物质的磁感应强度Β 与磁场强度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 。当外磁场H 从零开始增加时，磁感应强度B 随之缓

慢上升，如线段落0a 所示；继之B 随H 迅速增长，如ab 段

所示；其后，B 的增长又趋缓慢；当H 值增至Hs 时，B 的值达到Bs ，在S 点的Bs 和Hs，通常又称本次磁滞回线的Bm和Hm。曲线oabs 段称为起始磁化曲线。当磁场从Hs 逐渐减少至零时，磁感应强度 B 并不沿起始磁化曲线恢复到o 点，而是沿一条新的曲线sr 下降，比较线段os 和sr，我们看到：H 减小，B 也相应减小，但 B 的变化滞后于H 的变化，这个现象称为磁滞，磁滞的明显特征就是当H=0 时，B 不为0，而保留剩磁Br。

当磁场反向从o 逐渐变为-Hc时，磁感应强度B=O，这就说明要想消除剩磁，必须施加反向磁场，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，线段rc 称为退磁曲线。图一还表明，当外磁场按Hs →0→-Hc→-Hs →0 → Hc→ Hs次序变化时，相应的磁感应强度B则按闭合曲线srcs’r’c’s 变化时，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（如变压器铁心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁，由于磁畴的存在，此过程要消耗能量，以热的形式从铁磁材料中释出。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。

当初始态为H=B=O 的铁磁材料，在峰值磁场

强度H 由弱到强的交变磁场作用下磁化，可以得

到面积由小到大向外扩张的一组磁滞回线，如图二

所示。这些磁滞回线顶点的连线称为该铁磁材料的

基本磁化曲线。由此，可近似确定其磁导率μ ＝

B/H 因B 与H 是非线性关系，所以铁磁材料的

磁导率μ 不是常数，而是随H 而变化，如图三

所示。铁磁材料的磁导率可高达数千至数万，这一

特点使它广泛地用于各个方面。

磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类的主要依据，图四为常见的几种典

型的磁滞回线。其中，磁滞回线宽者，为硬磁材料，适用制造永磁体，其

矫顽力大。剩磁强，如钕铁硼合金。磁滞回线细而窄者，为软磁材料，矫

顽力，剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机和交流电磁铁的主要

材料。磁滞回线如矩形者，矫顽力小，剩磁大，适于做记忆材料。如磁环、

磁膜，广泛地应用于高科技行业。

2.测绘磁滞回线原理

观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示。待测样品为

EI 型矽钢片，N 为励磁绕组，n 为用来测量磁感应强度B 而设置的绕组。

R1为励磁电流取样电阻，设通过N 的交流励磁电流为i，根据安培环路

定律，样品的磁化场强度

因为

在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B 是测量绕组n 和R2C2 电路给定的，根据法拉第电磁感应定律，由于样品中的磁通φ 的变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为

S 为样品的截面积。如果忽略自感电动势和电路损耗，则回路方程为

式中 2 i 为感生电流，UB为积分电容C 两端电压,设在Δ t 时间内，i2向电容C2 的充电电量为Q，则

如果选取足够大的R2和C，使i2R2>> Q/C，则

上式中C、R2、n 和S 均为已知常数。所以由UB可确定B.

综上所述，将图5 中的UH和UB分别加到示波器的“X 输入”和“Y 输入”便可观察样品的B－H 曲线；如将UH和UB加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度Bs、剩磁Rr、矫顽力HD、磁滞损耗BH 以及磁导率µ等参数。

四、实验内容和步骤：

1.电路连接：选样品 1 按实验仪上所给的电路图连接线路，并令R1＝

2.5Ω，“U选择”置于O 位。UH和 UB分别

接示波器的“X输入”和“Y 输入”，插孔⊥为公共端。

2.样品退磁：开启实验仪电源，对试样进

行退磁，即顺时针方向转动“U 选择”

旋钮，令 U 从 0 增至 3V，然后逆时

针方向转动旋钮，将 U 从最大值降为

O，其目的是消除剩磁，确保样品处于

磁中性状态，即 B＝H＝0，如图 6 所

示。

3.观察磁滞回线：开启示波器电源，令光

点位于坐标网格中心，令U＝2.2V，并

分别调节示波器x 和y 轴的灵敏度，

使显示屏上出现图形大小合适的磁滞

回线（若图形顶部出现编织状的小环，如图7 所示，这时可降低励磁电压U 予以消除）。

4.观察基本磁化曲线，按步骤2 对样品进行退磁，从U＝0 开始，逐档提高励磁电压，将在显示屏上得到面积由

小到大一个套一个的一簇磁滞回线。这些磁滞回线顶点的连线就是样品的基本磁化曲线，借助长余辉示波器，便可观察到该曲线的轨迹。

5.观察样品 1 磁化性能。

6.测绘μ －H 曲线：仔细阅读测试仪的使用说明，接通实验仪和测试仪之间的连线。开启电源，对样品进行退磁

后，依次测定U＝0.5，1.0…3.0V 时的十组Hm和Bm值，作μ ～H 曲线。

7.令U＝3.0V，R1＝2.5Ω 测定样品 1 的BS,Rr,HD,BH,等参数。

8.取步骤7 中的H 和其相应的B 值，用坐标纸绘制B－H 曲线（如何取数？取多少组数据？自行考虑），并估

算曲线所围面积。