铁磁性物质的磁化曲线44页PPT
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
-1- 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线在各类磁介质中应用最广泛的是铁磁物质。
在20世纪初期铁磁材料主要用在电机制造业和通讯器件中如发电机、变压器和电表磁头而自20世纪50年代以来随着电子计算机和信息科学的发展应用铁磁材料进行信息的存储和纪录例如现以成为家喻户晓的磁带、磁盘不仅可存储数字信息也可以存储随时间变化的信息不仅可用作计算机的存储器而且可用于录音和录像已发展成为引人注目的系列新技术预计新的应用还将不断得到发展。
因此对铁磁材料性能的研究无论在理论上或实用上都有很重要的意义。
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。
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掌握铁磁材料磁滞回线的概念。
3掌握测绘动态磁滞回线的原理和方法。
4测定样品的基本磁化曲线作μH曲线。
5测定样品的HC、Br、Hm和Bm等参数。
6测绘样品的磁滞回线估算其磁滞损耗。
二、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μB/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BHO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HS时B达到饱和值BS这个过程的oabS曲线称为起始磁化曲线。
磁化曲线
Hm
b
c
d
单位体积 磁滞损耗
e
f
g j
t
wm
HdB
L
B
磁带去磁原理：
i
t
磁头
o
H i
H
H
t
o H
NSNSNSNSNSSNNSNSNSNSNSNSSNSNSNSNSNS
H t
t
四）磁性材料的分类 1）按矫顽磁力分：
软磁性材料--Br小Hc小磁滞回线细长，适用 制造电机、变压器等。
硬磁性材料--Br大Hc大磁滞回线“肥胖”，适 用制造永久磁铁、磁电式仪表等。
B
tg
H
B
H
2）铁磁性材料的磁化曲线
实验电路： A
R
铁磁质
磁 通 计
起始磁化曲线：
BB
cc
bb
aa O
Oa段 H B,
起始段（a点称为跗点）
HH
ab 段 H B
直线段（b点称为膝点）
bc段
饱和段
起始磁化曲线： B
d
BH 关系是非线性的
定义：
静态磁导率
H B tg 1
H
动态磁导率
t
HcHm
0Bj
（剩磁）
b 反复十多次磁化后的磁化曲线--“磁滞回线”
Bc
b
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱBr
j
d
gH
o
Hc
Hc
f e
o
物质
居里点
二）温度对铁磁质的影响
存在居里点--使铁磁质变为 顺磁质的温度。
铁 1043K
钴 1400K
镍 637K
综上所述：磁性材料特点：
5.4铁磁性物质的磁化
2、硬磁性物质
硬磁性物质的磁滞回线宽 而平，回线所包围的面积比 较大，如图所示。因而交变 磁场中的磁滞损耗大，必须 用较强的外加磁场才能使它 磁化，但磁化以后撤去外磁 场，仍能保留较大的剩磁， 而且不易去磁，即娇顽磁力 也较大。
这种物质适合于制成永久磁 铁。硬磁性物质主要有钨钢、 铬钢、钴钢和钡铁氧体等
(2) 1 ~ 2段：随着H的增大，B几乎直线上升，这是由于 磁畴在外磁场作用下，大部分都趋向H方向，B增加很快，曲 线很陡，称为直线段。
(3) 2 ~ 3段：随着H的增加，B的上升又缓慢了，这是由 于大部分磁畴方向已转向H方向，随着H的增加只有少数磁畴 继续转向，B增加变慢。
图 5-8 磁化曲线的测定
三、磁滞回线
磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的 磁化过程，而很多实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁 场中的。所以，必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。
1. 磁滞回线的测定
2．分析
图5-10为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。 (1)当B随H沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小H 的数值，由图可看出，B并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另 一条在它上面的曲线ab下降。 (2) 当H减小到零时，B 0，而是保留一定的值称为剩磁， 用B r表示。永久性磁铁就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。
图5-8中，(a)是测量磁化曲线装置的示意图，(b)是根据 测量值做出的磁化曲线。由图5-8(b)可以看出，B与H的关系 是非线性的，即 B 不是常数。
H
图 5-8 磁化曲线的测定
3．分析
(1) 0 ~ 1段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当H 从零开始增加时，B增加缓慢，称为起始磁化段。
4．磁化曲线的意义
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。
铁磁性物质的磁化曲线PPT学习教案
1
A
1
A
1
10
1
注意
B 15 1
7.5
B
如图磁路取对称轴左侧磁路计算时，中间铁心柱的 面积为原铁心柱的一半，中间柱磁通也减为原来的 一半，但B 和H 保持不变。
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第九章 磁路和 铁心线 圈电路
例：对称分支铸钢磁路如图所示。欲在中间铁心柱产生磁通为
1.8104 Wb ，求所需磁通势（图中单位为cm）。
②按磁路的几何尺寸计算各段的截面积A 和磁路的平均长度l 。 ★ 磁路的长度一般取其平均长度，即铁心中心线的长度。 ★ 磁路的截面积用磁路的几何尺寸直接算出。 当铁心是涂有绝缘漆的硅钢片叠成时，要乘填充因数。 当磁路中有空气隙时，要考虑边缘效应，其有效面积比 铁心截面积大些。气隙越大，边缘效应越显著。 气隙长度不超过矩形截面短边或圆形截面半径的1/5时： 矩形截面 A0 (a l0)(b l0) ab (a b)l0
变应化强的度常是数随（磁场0强度4成1比07例H/地m 变）化。的所，以如，图真中空的或直空线气①中所的示磁。感
铁、镍及其合金等铁磁性材料，其导磁能力很高，相对导磁 系数很大，可达数百甚至数万而且还具有磁饱和及磁滞的特点。 为此，下面研究铁磁性物质的磁化性质。
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第九章 磁路和 铁心线 圈电路
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B，μ
a3 ②
a2
B
μ
a1
① ③
O H1 H2 H3
H
10
第九章 磁路和 铁心线 圈电路
a1a2段，B 随H 增大而急剧增大，其原因是铁磁性物质中 的B 较非铁磁性物质的B 大得多，故常要求铁磁性材料工作在
a2点附近。 a2a3段，铁磁性物质中的B 的增长率反而变小，其原因是接
(整理)铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线.
μ-H
图二 同一铁磁材料的一组磁滞回线
图三 铁磁材料基本磁化曲线和 μ--H 关系曲线
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
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2．样品退磁：开启实验仪电源，对试样进行退磁。即顺时针转动“U 选择”旋钮，令 U 从 0 增加到 3V，然后再反时针方向转动，将 U 从最大值 3V 减到 0，目的是消除剩磁，使测试样品处于磁中性状态。 即 B=H=0，如图六所示。
3、观察磁滞回线：打开示波器电源，适当调节光点的亮度（INTEN）和聚焦（FOCUS），使光点 清晰，同时调节光点的水平位置和 CH2 的垂直位置，使光点位于坐标网格的中心。令 U=2.2V，分别适 当调节 CH1 和 CH2 的灵敏度（VOLTS/DIV）使显示屏上出现大小适当的磁滞回线，若滞回线顶部出现 编织状小环（如图上所示），可以适当降低励磁电压予以消除。
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。
B
矩 软
硬
H
图四 不同铁磁材料的磁滞回线
观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示。
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待测样品有两种，为 E 型的钢片形式。N 为励磁绕组匝数，n 为测量磁感应强度 B 所用的测量绕组 匝数。R1 为励磁电流限流电阻，同时也是输出 UH 的取样电阻。设通过励磁线圈的励磁电流为 I1，则根 据安培环路定律，样品的磁化场强为，（在任意时刻）
铁磁材料的磁化曲线
铁磁材料的磁化曲线引言铁磁材料是一类具有磁性的材料，其磁化曲线是描述它们磁化行为的重要参考。
磁化曲线揭示了材料在外加磁场作用下的磁化过程，可以帮助我们理解和应用铁磁材料的磁性质。
什么是磁化曲线？磁化曲线，也称为磁化特性曲线或磁滞回线，是描述材料在外加磁场作用下磁化状态变化的一条曲线。
它通过绘制材料的磁化强度（磁感应强度）和外加磁场强度之间的关系，展示了铁磁材料在不同磁场下的磁性行为。
磁性和磁性材料分类磁性是物质表现出的吸引或排斥其他物质的性质，主要分为铁磁性、顺磁性和抗磁性。
铁磁性是指物质可以被磁化并保持磁化状态，如铁、镍和钴等。
顺磁性是指物质在外加磁场下被磁化但磁化状态不稳定，如铝、锰等。
抗磁性是指物质在外加磁场下不具备磁性，如铜、银等。
本文将主要讨论铁磁材料的磁化曲线。
铁磁材料的磁化过程分类铁磁材料的磁化过程可以分为顺磁区、饱和磁化区、饱和区和反磁化区。
顺磁区在较小的磁场范围内，铁磁材料的磁化强度与外加磁场强度呈线性关系。
这个范围称为顺磁区。
顺磁区的特点是磁化强度随外加磁场的增加而增加。
饱和磁化区当外加磁场强度增加到一定程度时，铁磁材料的磁化强度趋于饱和，无论外加磁场如何变化，磁化强度几乎不再增加，这个区域称为饱和磁化区。
磁化强度在饱和磁化区达到一个临界值，进一步增加外加磁场不会改变磁化强度。
饱和区外加磁场继续增加，铁磁材料的磁化强度不再增加，维持在一个恒定的饱和值。
这个区域称为饱和区。
在饱和区，磁化强度与外加磁场基本没有变化，材料已经充分磁化。
反磁化区当外加磁场的方向与材料自身磁场的方向相反时，铁磁材料的磁化强度开始减小。
这个区域称为反磁化区。
在反磁化区，磁化强度与外加磁场强度呈线性关系，但方向相反。
铁磁材料的磁化曲线图示下面是铁磁材料的一条典型磁化曲线：^| /| /| /|/-----------+------------------------------>| 顺磁区饱和磁化区饱和区反磁化区磁化曲线的参数磁化曲线描述了铁磁材料的磁化过程，我们可以从磁化曲线中提取出一些重要的参数。
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线实验讲义铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线，反映该材料的重要特性，也是设计选用材料的重要依据。
一：实验目的：1．．．认识铁磁材料的磁化规律，比较两种典型铁磁物质的动态磁特性。
2．．．测定样品的基本磁化特性曲线(B m-H m曲线)，并作μ—H曲线。
3．．．测绘样品在给定条件下的磁滞回线，以及相关的H c，B r，B m，和[H B ]等参数。
二：实验原理：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HH图一铁磁物质的起始磁化曲线和磁滞回线图中的原点。
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B s和H s，通常又称本次磁滞回线的B m和H m。
曲线oabs段称为起始磁化曲线。
当磁场从H s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B r。
当磁场反向从o逐渐变为-H c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，H c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H s →0→-H c→-H s→0 → H c→ H s次序变化时，相应的磁感应强度则按闭合曲线srcs’r’c’s变化时，这闭合曲线称为磁滞回线。
铁磁材料的磁化与磁化曲线
Um Fm
（8-3）
3.磁路欧姆定律
设一段均匀磁路的截面积为S，长度为l，铁
磁材料的磁导率为μ，通过横截面的磁通为Φ， 而每一分段中均有B＝μH，即Φ/S＝μH，所以
Φ HS Hl U m U m l S l S Rm
（8-4）
此式叫做磁路欧姆定律。式中Ｕm= Hl是磁压 降 ，其单位为A，Rm l 为磁路的磁阻，单位为
若电压为正弦量，在忽略线圈电阻及漏磁通 时，选择线圈电压、电流、磁通及感应电动势的 参考方向如图8-11所示。
在图8-11中有
ut et dΨ t N dΦt
dt
dt
式中，N为线圈匝数。
在上式中，若电压为正弦量时，磁通也为正弦量。
设 Φt Φm sin t ,则有
路没有影响，所以电压和电流的关系很简单，
即
I ，U 其中U为线圈两端的直流电压，r为
r
线圈的电阻。在直流稳态电路里，铁心线圈仅相
当于一个电阻而已。
2.交流模型
对于交流，因为有感应电压产生，由于磁滞现 象和涡流现象等，磁路对电路的影响很大，所以铁 心线圈的电压与电流关系比较复杂。通过对交流磁 路特点的分析，我们知道励磁电流：
关的系数，由实验确定。
实际工程应用中，为降低磁滞损耗，常选用磁滞
回线较狭长的铁磁性材料制造铁心，如硅钢就是制造
变压器、电机的常用铁心材料，其磁滞损耗较小。为
了降低涡流损耗，常用的方法有两种：一种是选用电
阻率大的铁磁材料，如无线电设备中就选择电阻率很
大的铁氧体，而电机、变压器则选用导磁性好、电阻
率较大的硅钢；另一种方法是设法提高涡流路径上的
虽然利用铁磁材料可以使磁通约束在铁 心范围内，但由于制造和结构上的原因，磁 路中常会含有空气隙，使极少数磁力线扩散 出去造成所谓的边缘效应，如图8-9所示。 另外，还会有少量磁力线不经过铁心而经过 空气形成磁回路，这种磁通称为漏磁通。漏 磁通相对主磁通来说，所占比例很小，所以 一般可忽略不计。