铁磁物质磁化特性曲线的测定 - 武汉大学物理实验教学中心

实验3 -13 铁磁物质磁化特性曲线的测定

铁磁物质的磁化曲线，是指给予它的不同的磁化场H 与相应而生的随磁化场而改变的磁感应强度B 之间的关系曲线，即B -H 曲线。

影响铁磁物质的磁化曲线的因素很多。材料的杂质含量、晶体结构、加工方式、外界温度、内部的应力以及磁化历史等都会对磁化特性产生影响。由于影响磁化特性的因素很多，因此B -H 的关系就特别复杂。直至今天，人们还未从理论上定量描述、确定磁化曲线的分析表达式。于是人们就用实验的方法来测定其磁化曲线。

【实验目的】

1．了解铁磁物质的基本磁化特性。

2．掌握铁磁物质磁化特性曲线的测量方法。

【仪器用具】

1．冲击电流计。

2．标准互感器：0.05H ，额定电流0。15A 。 3．螺绕环。

4．多量程的直流安培计：0.1／0.3…15／30A 。

5．滑线电阻器。

6．转盘电阻箱：0.1～9999.9Ω. 7．晶体管稳压电源：0～30V,0～5A. 8．单相调压变压据。 9．交流安培计。

【实验原理】

1．H 、B 的测量原理

如图3-13-1所示，T 为一铁环，其横截面的半径为r ．环的半径为R ，且有2πR ＝L ＞＞r 。在铁环上均匀、紧密地绕满N 1匝线圈，这就构成一个为铁心所充满的螺绕环。如果线圈通过电流I ，则铁心中的磁场强度可根据安培环路定律得出：

I L

N H 1

（3-13-1） 铁心中的磁感应强度B 可用冲击法测量。为获取磁通量的变化量以测量B ，特在磁环

上绕了N 2匝副线圈。 2．起始磁化曲线

铁磁质从没有被磁化的状态（即H ＝0时。铁磁质的B ＝0）开始，从零单调地增大磁场H ，求出相对应的B ，这样测绘出来的曲线称为起始磁化曲线，如图 3-13-2所示。由图可见，铁磁

质的B与H之间存在着非线性的关系。

3．“磁锻炼”过程获得闭合磁滞回线（注：图 3-13-3中b点处加B r）

如图 3-13-3所示。铁磁材料除了具有高的导磁率外，另一重要的特点就是磁滞。当材料磁化时，磁感应强度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。曲线

Oa表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，

磁感应强度B随H增加，称为磁化曲线。

当H增加到某一值H m时，B的增加将

极缓慢。和前段曲线相比，可看成B不

再增加，即达到磁饱和。磁性材料磁化

后，如使H减小，B将不沿原路退回，

而是沿另一条曲线ab下降。当H＝0时，

B＝B r (表现出滞后现象)，这时的B r称作

剩余磁感应强度。只有磁化场反向加到

一定值H C时，磁感应强度B才为零，

H c称为矫顽力。按照H c的大小，可把磁

性材料分为两类，H c较高的称为硬磁材

料，反之称为软磁材料。如果反向使磁化场达到H m，再逐渐减小到零，然后再从零增至H m，B将随H而变化，从而形成一条磁滞回线。要注意的是：反复磁化(H m→－H m→H m)的开始几个循环内，每个循环B和H不一定沿相同的路径进行，只有经过十几个反复磁化(称为“磁锻炼”)以后，每次循环的回路才相同，形成一个稳定的磁滞回线。只有经“磁锻炼”后所形成的磁滞回线，才能代表该材料的磁滞性质，这时的B r、B m、H c、H m才称为定值。

4．基本磁化曲线及其测量

图 3-13-4中的第一闭合磁滞回线(围

最小面积的线圈)的顶点a1所代表的磁状

态是由I = I1所激励的。当然a1是磁锻炼

后的磁状态。

同理，a2为I＝I2所激励的磁锻炼后的

磁状态……a m是I＝I m时所对应的磁锻炼

后的饱和状态。

用前述1的原理分别测出a1 (H1，B1)，

a2 (H2，B2)，…a m (H m，B m)各点，然后把

它们连接成如图 3-13-4所示的曲线，这

根曲线便是本实验要测的基本磁化曲线。

应该指出：

(1)由于所要测量的具体磁状态（例如a2点）还与状态变化以前的“历史”有关，这就要求在测量曲线的操作过程中，其磁化电流只能按照相应的变化规律变化。

(2)由于磁化状态与温度有关，在测量系列点a1，a2，…a m的过程中，螺绕环的温度随

着通电时间的长短和电流大小而变化，因而其磁状态也会受温度变化的影响。为减小这种影响带来的测量误差，最好是只在磁锻炼和测量B之时才给螺绕环通电。

要做到以上两点，操作K2、K3必须得法(图 3-13-5)。

5．去磁（退磁）

考虑到铁磁质有剩磁效应，而测

基本磁化曲线时要求测量前必须使铁磁

质处在H＝0、B=0测基本磁化曲线之前，

必须设法对铁磁质进行“去磁”，以便使

它处在无磁状态。

去磁的过程如下：将铁磁质放在方

向不断交替变更、数值连续减小直至为

零的磁场中，这一过程使得剩磁逐渐减

小直至完全消失，对应的磁状态变化过

程亦随之完全消失。

只要把螺绕环的原线圈N1通以

50Hz交流电，并使其电流值由I m(3.0A)

逐渐减小至零，便可实现上述的去磁。

去磁电路如图 3-13-6所示。去磁的具体操

作方法如下：将图3-13-6中的调压变压器的输

出电压由零逐渐增大，使安培计的电流由零逐渐

增至3.0A，然后使输出电压逐渐减小至零(电流

随之减小至零值)。

【实验步骤】

1．接好图3-13-5的测量电路。把仪器调整

到待测安全态。

2．初步观测G的偏转情况，以检验仪器和电路是否正常工作。为此：

(1) 把K1接至B侧，调节E的输出值，使流过M的原线圈Ⅰ的电流强度为M的电流额定值0.13A)，然后把K3反向，观测G的偏转，其φm0应在10cm范围内。

(2) 把K1接至A侧，调节E的输出值，使流过N1的电流为小1.5A，然后把K2反向，观测G的偏转，其φm0应在15～22cm范围内。

3．把螺蜕绕环换接在图 3-13-6中，对它进行退磁。退磁的最大电流不大于3.0A。

4．测量I0及其相对应的φm0(K l接至B侧)。所取I0略小于或等于M的额定电流值(0.13A)。

5．依次测量a1，a2…a m。各点所需要选取的I值和所对应的φm值(K l接至A侧)。所需选取的I值分别为I l＝0.1A，I2＝0.2A，…，I m＝1.5A。为了防止一接通电源电流就很大(远大于0.1A)，应在做第5步的开始、接通I之前，先把电源E的输出电压调至最小。

6．记录M值和螺绕环的有关参数值，算出H l，H2，…，H m和B1，B2，…，B m的