磁性材料实验

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。而硬磁材料的磁滞回磁滞回线
较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来
制造永磁体。
图4 不同铁磁材料 的磁滞回线
3) 示波器显示B-H曲线的原理和线路
❖ 6) 令U = 3.00V，R1＝2.5Ω测定样品的BS、Br、HD等 参数：从已标定好的示波器上读取UX(UH)、UY(UB)值 （峰值），计算相应的H和B，逐点描绘作B-H曲线。 再由磁滞回线测定样品的BS、Br、HD等参数。
5．实验数据记录 ❖ 1) 作B-H基本磁化曲线与μ-H曲线 ❖ 2) 描绘动态磁滞回线并计算样品的BS、Br、HD
参数。
6．思考题 ❖ 1) 为什么要退磁？如果不退磁，对实验结果会
有什么影响？ ❖ 2) 为什么测绘磁滞回线时，励磁电压不宜过高
或过低？
实验二 铁磁相变和居里温度的直接观测
1．实验目的 ❖ 1) 了解铁磁物质在居里温度点由铁磁物质（铁
磁相）转变为顺磁物质（顺铁磁相）的相变过程 微观机理。 ❖ 2) 测定铁磁材料样品的居里温度。
❖ 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，逐渐提高励磁电压，将在显示屏上得到面积 由小到大一个套一个的一蔟磁滞回线。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) 测绘基本磁化曲线，并据此描绘μ-H曲线：接通实验 仪的电源，对样品进行退磁后，依次测定 U = 0，0.2， 0.4，0.6…3.0V时的若干组H和B值，作B-H和μ-H曲线。
实验一 基本磁化曲线和动态磁滞回线的测量
1．实验目的 1) 认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型铁磁物
质的动态磁化特性。 2) 测定样品的基本磁化曲线，并作出μ-H曲线。 3) 测定样品的HD、Br、Bs等参数。 4) 学会用示波器测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。
2．实验原理 1) 磁滞回线
图1 铁磁质起始磁化 图2 同一铁磁材料的 图3 铁磁材wk.baidu.comµ与H
4．实验内容及步骤
❖ 1) 电路连接：选择样品，按实验仪上所给的电路 接线图连接好线路。令R1＝2.5Ω，置励磁电压U于 0位。UH和UB分别接示波器的“X输入”和“Y输 入”，插孔“⊥”为接地公共端。
❖ 2) 样品退磁：开启仪器电源开关，对样品进行退 磁，顺时针方向转动电压U的调节旋钮，观察数字 电压表可看到U从0逐渐增加增至最大，然后逆时针 方向转动电压U的调节旋钮，将U逐渐从最大值调 为0，这样做的目的是消除剩磁，确保样品处于磁 中性状态，即B＝H＝0，如图7所示。
3．实验仪器 磁滞回线实验仪、数字万用表、示波器等。
将图5中的U1(UH)和U2(UB)分别加到示波器的 “X输入”和“Y输入”便可观察样品的动态磁滞回 线；接上数字电压表则可以直接测出U1(UH)和 U2(UB)的值，即可绘制出B-H曲线；通过计算可测 定样品的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br、矫顽力HD以 磁导率µ。
曲线和磁滞回线
一簇磁滞回线 关系曲线
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 SRDS’R’D’S变化，这闭合曲线称为磁滞回线。
2) 磁化曲线
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，可以得到面 积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，其中最 大面积的磁滞回线称为极限磁滞回线，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/H，因B与H非线性，故铁磁材料的μ不是 常数而是随H而变化（如图3所示）
2．实验原理
❖ 由于外加磁场的作用，物质中状态发生变化，产生 新的磁场的现象称为磁性。
❖ 物质的磁性可分为反铁磁性（抗磁性）、顺磁性和 铁磁性三种，一切可被磁化的物质叫做磁介质，在 铁磁质中相邻电子之间存在着一种很强的“交换耦 合”作用，在无外磁场的情况下，它们的自旋磁矩 能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来而 形成自发磁化小区域，称为磁畴。
❖ 在未经磁化的铁磁质中，虽然每一磁畴内部都有确 定的自发磁化方向，有很大的磁性，但大量磁畴的 磁化方向各不相同因而整个铁磁质不显磁性。
❖ 图1和图2分别是加磁场前后的多晶磁畴结构。
图1 未加磁场多晶磁畴结构 图2 加磁场时多晶磁畴结构
❖ 当铁磁质处于外磁场中时，那些自发磁化方向和 外磁场方向成小角度的磁畴其体积随着外加磁场 的增大而扩大并使磁畴的磁化方向进一步转向外 磁场方向；另一些自发磁化方向和外磁场方向成 大角度的磁畴其体积则逐渐缩小，这时铁磁质对 外呈现宏观磁性。当外磁场增大时，上述效应相 应增大，直到所有磁畴都沿外磁场排列好，介质 的磁化就达到饱和。
图5 实验线路
根据安培环路定律，样品的磁化场强为：
H
N1i L
N LR1 U1
式中N为励磁绕组，R1为励磁电流取样电阻，U1是交
流励磁电压，Ｌ为样品的平均磁路长度。
根据法拉第电磁感应定律，在交变磁场下样品的 磁感应强度B是测量绕组n和R2C2电路给定的：
B
C2R2 nS
U2
式中U2为积分电容C2两端电压，S为样品的截面积。
图7 退磁示意图
图8 U2和B的相位差等因素引起的畸变
3) 观察样品在50HZ交流信号下的磁滞回线：开启 示波器电源，调节示波器上“X”、“Y”位移旋钮，使 光点位于坐标网格中心，调节励磁电压U和示波器的 X和Y轴灵敏度，使显示屏上出现大小合适、美观的磁 滞回线图形（若图形顶部出现编织状的小环，如图8 所示，这时可降低U予以消除）。
《磁性材料》实验
一、实验目的和任务 ； 二、实验项目； 三、参考资料 ： ❖ 教材及参考书：
1.《现代磁性材料原理和应用》 主编：R.C. O’ Handley 化学工业出版社 2002 2.《磁学基础与磁性材料》 主编：严密等 出版 社：浙江大学出版社 2006 ❖ 实验指导书： 自编《磁性材料》实验指导书。