铁磁性物质的磁化曲线
铁磁材料的磁化与磁化曲线
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。
如果把铁磁材料置入外磁场中，这时大多数磁畴都会趋 向与外磁场的方向规则的排列，因而在铁磁材料内部形 成了很强的与外磁场同方向的附加磁场，从而大大地增 强了磁感应强度，即铁磁材料被磁化了，如图8-1b所示。 当外加磁场进一步加强，所有磁畴的方向都几乎转向外 加磁场方向，这时附加磁场不再加强，这种现象叫做磁 饱和，如图8-1c所示。
第二节 磁路与此路定律
一、磁路
在电机，变压器及其它各种电磁器件中，常 用铁磁材料做成一定形状的铁心。其目的一是用 较小的励磁电流能够产生足够大的磁通；二是将 磁通限定在一定的范围之内。如图8-7所示。
在图8-7b中，磁感应线几乎都是沿着铁心形 成闭合回路。因此这种由铁磁材料构成的，让磁 通集中通过的闭合路径叫磁路。
（二） 磁化曲线
不同种类的铁磁性物质，其磁化性能是不同的。工 程上常用磁化曲线表示各种铁磁性物质的磁化特性。 磁化曲线是铁磁性物质的磁感应强B与外磁场的磁
场强度H之间的关系曲线，所以又 B H叫曲线。
铁磁物质的磁化曲线可用试验测定。测量铁磁物质 磁化曲线的装置如图8-2所示。
1.起始磁化曲线
4、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，取不同的Hm反复磁化， 将得到一系列磁滞回线，如图8-4b所示。 各磁滞回线的顶点联成的曲线 ON称为基本 磁化曲线，简称磁化曲线。工程上常用基 本磁化曲线进行磁路计算。
二、铁磁材料的磁性能
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：
铁磁性物质的磁化曲线
三 磁阻与磁导
◆ 磁阻（Rm）
设均匀磁路中某一段材料：
A
磁导率：μ
l
横截面：A
长度：l
磁通：
则该段磁阻为
Rm
def
l
A
SI单位：为 H-1
18
第九章 磁路和铁心线圈电路
◆ 推导过程：
HB B A
Um
Hl
B l
A
l
Rm
Rm
l
A
◆ 磁导（Λ）
1 A
Rm l
SI单位：为 H
磁路 欧姆定律
空气的磁导率为常数，故气隙的磁阻是常量。 铁磁性物质的磁导率不是常数，故铁磁性物质的磁阻
B
Bm
b Hm Br
O
Hc b
a
a
Hm H
剩余磁感应强度（剩磁）：由于磁滞，铁磁性物质在磁场 强度减小到零时保留的磁感应强度（ Br ）。
矫顽磁场强度（矫顽力）：如要消去剩磁，需将铁磁性物 质反向磁化的磁场强度（ Hc ）。
当H 继续反向增加时，铁磁性物质开始反向磁化。到-Hm 时，即饱和点a’。然后沿a’b’a 变化而完成一个循环。
4
第九章 磁路和铁心线圈电路
如果是均匀磁场，且各点磁感应强度与面积 S 垂直，则该 面积上的磁通为
BA 或 B
A
又称磁感应强 度为磁通密度
◆ 磁感应Leabharlann ：为使磁场的分布状况形象化，用磁感应线 描述磁场。
规定：磁感应线上的每一点的切线方向就是这一点的磁场方 向；在磁感应强度大的地方磁感应线密，小的地方疏。
磁路：约束在限定铁心范围内的磁场。
I
气隙
铁心
线圈
主磁通
铁磁性材料磁滞回线和磁化曲线的测定
一块从未被磁化过的材料磁化时，当H由0开始逐步增加至最大值H，B也由0开始逐渐增加，由此画出B~H曲线，O~a称为起始磁化曲线。 磁化过程中材料内部发生的过程是不可逆的。当磁场由饱和时的H减少至0，B并非沿原来的磁化曲线返回，而是滞后于H的变化，当H=0时，B=B称为剩余磁感应强度，要想使B为0，就必需施加一反向磁场-H。H称为矫顽力。
仪器特性
信号发生器 示波器 实验装置
问题处理
图形倒置--调换X、Y轴输入。 图形不规范--改变R、f，直至达到满意为止。 图形大小不适--改变信号发生器衰减倍率，或改变示波器X、Y轴增益，直至达到满意为止。
实验数据记录及处理
X
Y
根据示波器显示图形，在坐标纸上绘制1：1的图形，并求出B、H、B、H。 根据记录的坐标，绘制基本磁化曲线。
难点分析
R的影响 改变电阻R观察图形的变化。 f的影响 改变信号频率f观察图形的变化。
信号源
示波器
操作指南
信号发生器的使用 信号发生器要调节它的输出频率、输出振幅，调节的标准是：满足对于R的要求，并且要使得示波器上的磁滞回线的图形适中，因为信号发生器输出振幅的大小直接影响示波器上图形的大小。 数据纪录 -将磁场H由0（信号发生起电压）开始，逐步增加至B达到饱和（次级电压增加很缓），记录对应于H（初级电压）的B（次级电压）值。数据的记录密度，要有利于绘制B~H图！
B
H
a
B
s
B
r
c
a'
b'
H
m
B
H
H1Biblioteka H2H3
H
c
基本磁化曲线
起始磁化曲线
磁滞回线
基本磁化曲线
2、铁磁质的磁化规律和磁化机理-13
磁场较弱时，畴壁扩张 (2)磁畴转向
磁场较强时，磁矩转向
3、规律解释 B ~ H 非线性关系 外场增加 可转向磁畴数变少 达到磁饱和
磁场增加变慢
磁滞和剩磁 磁畴转向需克服阻力
居里温度
温度升高时分子热运动加剧，磁畴被破坏
§14-3
铁磁质的磁化规律和磁化机理
一、铁磁质的磁化规律
基本实验装置：
A
R
磁 通 计 H = nI 测B
提供 I
1、非铁磁性材料的磁化曲线 (1) m m0，B ~ H曲 B
线斜率 tana = m0 ； (2) B ~ H曲线具有可逆性。
2、铁磁性材料的磁化曲线
a
H
(1) 起始磁化曲线： Oa：起始段 ab：直线段
为非线性，且mr >> 1； (2)有剩磁存在；
(3)存在居里温度。
二、磁性材料介绍 1、软磁性材料
B
H O
回路细窄，损耗小；
易退磁，易磁化。
适用制造电机、变压器等
2、硬磁性材料 B H
O
回路宽粗，损耗大； 不易退磁，剩磁大。 适用制造永久磁铁等。
3、矩磁材料 Bm
B Br
O
H
bc：饱和段
B b O a
c H
(2)磁滞回线
当I = 0时，H = 0，但有剩磁
当B = 0时，H = Hc， 称矫顽力，反映铁磁质保存剩磁的能力
磁滞现象：B 的变化
总是落后于 H 的变化。 磁滞损耗与磁滞回线 包围的面积成正比 d
Br
B b
Hc -Br
a H
-Hc c O
3、铁磁质磁化规律的特点 (1) B m H 仍成立，但m = m (H)，
铁磁性物质的磁化曲线课件
磁场方向
当磁场方向与铁磁性物质 的易磁化轴不平行时，会 导致饱和磁化强度的降低 。
晶粒尺寸
铁磁性物质的晶粒尺寸越 小，其饱和磁化强度越高 ，对磁化曲线的影响也越 大。
04
铁磁性物质的应用
在电力工业中的应用
变压器铁芯
01
铁磁性物质用于制造变压器，利用其磁化特性实现电能转换。
发电机和电动机的铁芯
02
材料的多功能化。
磁化曲线测量技术的发展
高精度测量技术
发展高精度、高分辨率的磁化曲线测量技术，提 高测量数据的可靠性和准确性。
动态测量技术
研究能够实时监测铁磁性物质动态磁化过程的测 量技术，以揭示其复杂的磁化行为。
无损测量技术
开发无损、非接触式的磁化曲线测量技术，减少 对被测材料的损伤和干扰。
铁磁性物质在新能源领域的应用前景
再随磁场强度H的增加而增加，此时的磁感应强度称为饱和磁化强度。
02
矫顽力
为了使铁磁性物质完全去磁，需要施加的反向磁场强度，矫顽力的大小
反映了铁磁性物质的剩磁大小。
03
饱和磁化强度与矫顽力的关系
两者反映了铁磁性物质的磁性能，是描述铁磁性物质的重要参数。
磁化曲线的影响因素
01
02
03
温度
随着温度的升高，饱和磁 化强度和矫顽力均有所降 低，对磁化曲线的影响较 大。
磁性发电机
利用铁磁性材料的磁性能，开发高效、环保的磁性发电机，为新 能源发电提供新的解决方案。
磁制冷技术
研究基于铁磁性材料的磁制冷技术，实现高效、节能的制冷效果 ，替代传统制冷方式。
磁场储能
探索利用铁磁性材料的磁场储能技术，提高能源利用效率和系统 稳定性。
铁磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的测量
实验26 铁磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的测量铁磁性材料分为硬磁材料和软磁材料。
软磁材料的矫顽力小于100A/m ，常用于电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯。
铁磁材料的磁化过程和退磁过程中磁感应强度和磁场强度是非线性变化的，磁滞回线和基本磁化曲线是反映软磁材料磁性的重要特性曲线。
矫顽力、饱和磁感应强度、剩余磁感应强度、初始磁导率、最大磁导率、磁滞损耗等参数均可以从磁滞回线和基本磁化曲线上获得，这些参数是磁性材料研制、生产和应用的总要依据。
采用直流励磁电流产生磁化场对材料样品反复磁化测出的磁滞回线称为静态磁滞回线；采用交变励磁电流产生磁化场对材料样品反复磁化测出的磁滞回线称为动态磁滞回线。
本实验利用交变励磁电流产生磁场对不同性能的铁磁材料进行磁化，测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。
【实验目的】①了解用示波器显示和观察动态磁滞回线的原理和方法。
②掌握测绘铁磁材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的原理和方法，加深对铁磁材料磁化规律的理解。
③学会根据磁滞回线确定矫顽力 、剩余磁感应强度 、饱和磁感应强度 、磁滞损耗等磁化参数。
【实验仪器与用具】FB310型动态磁滞回线实验仪，双踪示波器，导线。
【实验原理】1．磁性材料的磁化特性及磁滞回线研究磁性材料的磁化规律时，一般是通过测量磁化场的磁场强度H 与磁感应强度B 之间的关系来进行的。
铁磁性材料磁化时，它的磁感应强度B 要随磁场强度H 变化而变化。
但是B 与H 之间的函数关系是非常复杂的。
主要特点如下：（1）当磁性材料从未磁化状态（H =0且B =0）开始磁化时，B 随H 的增加而非线性增加由此画出的H B 曲线称为起始磁化曲线，如图3.26.1（O-a ）段曲线。
起始磁化曲线大致分为三个阶段，第一阶段曲线平缓，第二阶段曲线较陡，第三阶段曲线又趋于平缓。
最后当H 增大到一定值m H 后，B 增加十分缓慢或基本不再增加，这时磁化达到饱和状态，称为磁饱和。
铁磁性物质起始磁化曲线
铁磁性物质起始磁化曲线
1. 概念：
铁磁性物质从B = 0、H = 0开头磁化，所绘制出的B-H曲线即为起始磁化曲线。
如图7.3所示。
2. 起始磁化曲线的绘制：
① oa段，随着H的增大，B急剧增大。
② ab段：若H连续增大，B的增大减慢。
③ 磁饱段：b点以后，再增大H，B增加得很小，与真空或空气一样，这种现象称为磁饱和。
曲线上的a点、b点分别称为膝点、饱和点。
3.工程应用留意事项：
利用铁磁材料设计电感、变压器、电机时留意磁饱和性，通常要求铁磁性物质工作在a点以下，保证留有充分的裕量，假如工作时进入磁饱和区，设备发热加剧，影响设备正常运行，甚至烧毁。
1。
铁磁材料的磁滞回线圈和基本磁化曲线
0.09500
0.01575
2.8
2080
595
0.06933
0.09917
0.01430
3.0
2240
610
0.07467
0.10167
0.01362
表二 B－H 曲线
测试条件：
NO. (mV)
1
910
2
-910
3
360
4
-360
5
0
6
0
7
600
8
400
9
200
10
600
11
-400
12
-600
13
从图 1 可以看出： （1）当 H＝0 时，B 不为零，铁磁材料还保留一定值的磁感应强度 Br ，通
常称 Br 为铁磁材料的剩磁。
（2）要消除剩磁 Br ，使 B 降为零，必须加一个反方向磁场 HC ，这个反向
磁场强度 HC 叫做该铁磁材料的矫顽磁力。 （3）H 上升到某一个值和下降到同一数值时，铁磁材料内的 B 值并不相同，
南昌大学物理实验报告
课程名称：
大学物理实验（下）_____________
实验名称： 铁磁材料的磁滞回线圈和基本磁化曲线
学院： 信息工程学院 专业班级：
学生姓名：
学号： __
实验地点： 基础实验大楼 B208 座位号： ___
实验时间： 第 8 周星期三下午三点四十五分_______
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、 了解铁磁材料的磁化规律，用示波器法观察磁滞线，比较两种典型铁磁
物质的动态磁化特性。 3、 测定样品的基本磁化特性曲线（B-H 曲线），并作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参量。
磁性材料的磁化曲线
一.磁性材料的基本特性1.磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。
磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2.软磁材料的常用磁性能参数•饱和磁感应强度Bs: 其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列；•剩余磁感应强度Br: 是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比: Br/Bs；•矫顽力Hc: 是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）；•磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关；•初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp；•居里温度Tc: 铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性, 该临界温度为居里温度. 它确定了磁性器件工作的上限温度；•损耗P: 磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r；•在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散（亳瓦特）/表面积（平方厘米）3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换•设计软磁器件通常包括三个步骤:正确选用磁性材料；•合理确定磁芯的几何形状及尺寸；•根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。
材料:B H,m磁芯(S,l):f～F器件(N):U～I,LI ～H: H = IN/l磁势F =ò Hdl=HlNf = ò UdtL～m:L＝AL N2 =4N2m SK /D′10-9U ～B:U = Ndf/dt = kfNBS ′10-6二、常用软磁磁芯的特点及应用(一).粉芯类1.磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。
用示波器观测铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
41 用示波器观测铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线铁磁材料应用广泛,从常用的永久磁铁、变压器铁芯到录音、录像、计算机存储用的磁带、磁盘等都采用铁磁性材料。
磁滞回线和基本磁化曲线反映了铁磁材料的主要特征。
根据磁滞回线的不同,可将铁磁材料分为硬磁和软磁两大类,其根本区别在于矫顽磁力Hc 的大小不同。
硬磁材料的磁滞回线宽,剩磁和矫顽磁力大(大于 102A/m),因而磁化后, 其磁感应强度可长久保持,适宜做永久磁铁。
软磁材料的磁滞回线窄,矫顽磁力Hc一般小于102A/m,但其磁导率和饱和磁感强度大,容易磁化和去磁,故广泛用于电机、电器和仪表制造等工业部门。
本实验通过示波器来观测不同磁性材料的磁滞回线和基本磁化曲线,以加深对材料磁特性的认识。
【实验目的】1、掌握磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念,加深对铁磁材料的主要物理量:矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2、学会用示波器法观测基本磁化曲线和磁滞回线。
3、根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度 Bs、剩磁 Br 和矫顽力 Hc 的数值。
4、研究不同频率下动态磁滞回线的区别。
5、改变不同的磁性材料,比较磁滞回线形状的变化。
【实验仪器】DH4516N 型动态磁滞回线测试仪,示波器。
【实验原理】1、磁化曲线如果在由电流产生的磁场中放入铁磁物质,则磁场将明显增强,此时铁磁物质中的磁感应强度比单纯由电流产生的磁感应强度增大百倍,甚至在千倍以上。
铁磁物质内部的磁场强度 H 与磁感应强度 B 有如下的关系:B=μH对于铁磁物质而言,磁导率μ并非常数,而是随 H 的变化而改变的物理量,即μ=f(H),为非线性函数。
所以如图 1 所示,B 与 H 也是非线性关系。
铁磁材料的磁化过程为:其未被磁化时的状态称为去磁状态,这时若在铁磁材料上加一个由小到大的磁化场,则铁磁材料内部的磁场强度 H 与磁感应强度 B 也随之变大,其B-H 变化曲线如图 1 所示。
但当 H 增加到一定值(Hs)后,B 几乎不再随 H 的增加而增加, 说明磁化已达饱和,从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线称为材料的起始磁化曲线。
铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线_实验报告
铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线_实验报告摘要：本实验旨在从实验结果中观察到铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线的特性。
根据实验观察，铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线有一定的特性：当磁感应强度B在某一特定值Ming之后，磁滞回线开始放大；在磁滞回线和磁化曲线处，在较低的磁感应强度B下，磁通密度H值是较为均匀的，当磁感应强度B增大时，磁通密度H增大。
从实验结果看，随着磁感应强度的改变，磁通密度也随之变化。
关键词：铁磁材料；磁滞回线；磁化曲线1、实验目的本实验旨在探究铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线，主要探究磁化曲线和磁滞回线特性，揭示铁磁材料磁性特性和应用基础。
2、实验原理铁磁性材料在一定范围内，随着外加磁场的强弱，由于内在磁介质的存在，响应磁场的强弱而产生的磁效应，可用磁化曲线来描述，磁化曲线横坐标为外加磁场B，纵坐标为磁通密度H，绘制磁化曲线时，可得到磁滞回线区和磁化曲线区，按假设，若满足磁滞回线的条件，虚部磁化曲线低于实部磁化曲线，磁通密度H随外加磁场B的增强而减弱。
3、实验材料（1）各类铁磁材料；（2）阳极小电流表；（3）变压器；（4）钳形线圈；（5）可调晶闸管及其他电路控制元件；（6）电子计算表等。
4、实验流程（1）实验电路图设计：根据实验要求，绘制实验电路图，电路中包括可调晶闸管、比较示波器和磁电路。
（2）测量磁滞回线：将晶闸管设置为半导体导通阶段，阳极小电流表与变压器连接，在钳形线圈中绕入样品，并加入磁电路及相关电路控制元件，应用变压设备，根据电路控制调节磁感应强度，测量磁滞回线的特性，进而得到磁滞回线参数。
（3）测量磁化曲线：将可调晶闸管设置为完全打开或全关闭，将变压器的输出电压稳定，调节比较示波器的控制参数，进而得到磁化曲线数据，从而得到铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线参数。
5、实验结果分析通过上述实验，本实验求出了铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线参数。
实验研究发现，当磁感应强度B增大时，磁通密度H增大，且随着磁感应强度的改变，磁通密度也随之变化。
测定铁磁材料的μ—h曲线实验报告
测定铁磁材料的µ—h曲线实验报告测定铁磁材料的µ、B与H的关系【实验⽬的】1．研究测定µ、B与H关系的⽅法2．测定样品的Hc、Br、Bm和Hm等参数。
3．测定样品的基本磁化曲线，作µ－H曲线。
【实验原理】铁磁物质的磁化过程⼀般都是通过测量磁化场的磁场强度Ｈ和磁感应强度Ｂ之间的关系来研究其磁性规律的。
图1 磁滞回线测量线路起始磁化曲线和磁滞回线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。
其特征是在外磁场作⽤下能被强烈磁化，故磁导率很⾼。
另⼀特征是磁滞，即磁化场作⽤停⽌后，铁磁质仍保留磁化状态，图2为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。
实验线路如图1，待测样品为Ｅ１型矽钢⽚，励磁线圈匝数Ｎ1＝５０；⽤来测量磁感应强度Ｂ⽽设置的探测线圈匝数Ｎ2＝１５０；Ｒ1为励磁电流取样电阻，Ｒ１为０.５Ω～５.０Ω设通过励磁线圈的交流励磁电流为Ｉ１图2 起始磁化曲线和磁滞回线图3 基本磁化曲线（1）H：根据安培环路定律，样品的磁化场强（２０—１）式中：Ｌ为样品的平均磁路，本实验Ｌ＝６０.０ｍｍ。
设Ｒ１的端电压为Ｕ１，则可得因此，（２０—２）式（２０—２）中的Ｎ１，Ｌ，Ｒ１均为已知常数，所以由Ｕ１可确定Ｈ。
（2）B：样品的磁感应强度Ｂ的测量是通过探测线圈和Ｒ2Ｃ2组成的电路来实现的。
根据法拉第电磁感应定律，在交变磁场下由于样品中的磁通量φ的变化，在探测线圈中产⽣的感⽣电动势的⼤⼩（２０—３）由式（２０—３）可推导出（２０—４）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Ｅ＝Ｉ2Ｒ2＋Ｕ2式中：Ｉ2为感⽣电流；Ｕ2为积分电容Ｃ2两端电压。
设在Δｔ时间内，Ｉ2向电容Ｃ2的充电电量为Ｑ，则Ｕ2＝Ｑ/Ｃ2因此Ｅ＝Ｉ2Ｒ2＋Ｑ/Ｃ2如果选取⾜够⼤的Ｒ2和Ｃ2使Ｉ2Ｒ2>>Ｑ/Ｃ2则Ｅ＝Ｉ2Ｒ2 ，所以（２０—５）由式（２０—４）和式（２０—５）可得（２０—６）式中：Ｃ2，Ｒ2，Ｎ2和Ｓ均为已知常量（本实验中Ｃ2＝２０µＦ，Ｒ2＝１０ｋΩ，Ｓ＝８０mm2），所以测量Ｕ2可确定Ｂ【实验步骤】（1）开启⽰波器电源，⼯作模式调在 x-y 状态，令显⽰屏上的光点位于坐标⽹格中⼼。
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铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线v>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μ－H 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μ=B/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 B＝H＝O，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。
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。
铁磁物质磁化曲线和磁滞回线的测量实验报告
铁磁物质磁化曲线和磁滞回线的测量实验报
告
实验目的：
通过测量铁磁物质的磁化曲线和磁滞回线，了解铁磁物质的磁性特性。
实验仪器：
1. 铁磁材料样品
2. 磁场计
3. 磁场源
实验步骤：
1. 准备工作：
- 确保实验环境没有其他磁场干扰。
- 校准磁场计，保证测量精确。
2. 测量磁化曲线：
- 将磁场计放置在磁场源附近，调整到合适的位置。
- 施加逐渐增强的磁场，记录磁场和磁感应强度的关系。
- 确保磁场逐渐增强的过程中，磁场计处于稳定的位置。
3. 测量磁滞回线：
- 先将磁场逐渐增大，记录磁场和磁感应强度的关系。
- 然后将磁场逐渐减小，同样记录磁场和磁感应强度的关系。
- 确保磁场逐渐增大和减小的过程中，磁场计处于稳定的位置。
4. 实验数据处理：
- 将实验测得的磁场和磁感应强度数据制作成磁化曲线和磁滞回线的图像。
- 根据图像分析铁磁物质的磁性特性，如饱和磁感应强度、矫顽力等。
实验结果：
根据实验测得的数据，制作出铁磁物质的磁化曲线和磁滞回线的图像，并在图像上标注各个关键参数的数值。
实验讨论：
通过对磁化曲线和磁滞回线的分析，我们可以得出铁磁物质的磁性特性。
例如，可以通过磁化曲线的饱和磁感应强度来判断物质的饱和磁化强度，通过磁滞回线的闭合程度来判断物质的矫顽力大小等。
实验结论：
通过本实验的磁化曲线和磁滞回线的测量，我们得出了铁磁物质的磁性特性，为进一步研究铁磁物质的应用和原理提供了基础数据。
磁化曲线概要
B H曲线
N
B H曲线
P
O
H
O
M
H
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二、磁特性曲线
1.磁特性曲线是表征铁磁性材料磁特性的曲线，用以表 示外加磁场强度H 与磁感应强度B 的变化关系。 2.磁特性曲线的实验装置
磁特性曲线测量示意图
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Hm
材料被强烈磁化。m点称为B－H曲线 的拐点，此处斜率最大。B－H曲线的
Hm
H
斜率就是μ 值。
铁磁性材料的磁化曲线
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铁磁性材料磁特性曲线分为五个区域: “Oa”段：初始磁化区； “ab”段：剧烈磁化区； “bQ”段：旋转磁化区； “Qm”段：近饱和区；
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将铁磁性材料做成环形样品，绕上一定匝数的线圈。 线圈经过换向开关S 和可变电阻R 接到直流电源上，通过 测量线圈中的电流I，可计算出材料内部的磁场强度H。 用磁通计测量穿过环形样品横截面的磁通量Φ，通过 公式B= Φ/A计算出磁感应强度B值，从而可得到该材料的 B－H曲线，即磁化曲线。
磁特性曲线测量示意图
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磁化曲线
主讲教师：李来军 兰州石化职业技术学院
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目 录
1
磁化曲线
2
磁特性曲线
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一、磁化曲线
顺磁质的磁化曲线 铁磁质的磁化曲线
B
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。
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(动态磁滞回线实验)磁性材料在科研和工业中有着广泛的应用，种类也相当繁多，因此各种材料的磁特性测量，是电磁学实验中一个重要内容。
磁特性测量分为直流磁特性测量和交流磁特性测量。
本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化，测得的磁感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线，或者称为交流磁滞回线，它与直流磁滞回线是有区别的。
可以证明：磁滞回线所包围的面积等于使单位体积磁性材料反复磁化一周时所需的功，并且因功转化为热而表现为损耗。
测量动态磁滞回线时，材料中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗，因此，同一材料的动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积稍大些。
本实验重点学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法，了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线的区别。
一．实验目的1. 了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2. 用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度m B 、剩磁r B 和矫顽力c H 。
3. 学习示波器的X 轴和Y 轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。
4. 用示波器显示硬铁磁材料（模具钢12Cr ）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。
二. 实验原理（一）铁磁物质的磁滞现象铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H 和磁感应强度B 之间关系来研究其磁化规律的。
如左图所示，当铁磁物质中不存在磁化场时，H 和B 均为零，在H B 图中则相当于坐标原点O 。
随着磁化场H 的增加，B 也随之增加，但两者之间不是线性关系。
当H 增加到一定值时，B 不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。
m H 和m B 分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中A 点)。
如果再使H 逐步退到零，则与此同时B 也逐渐减小。
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a3点以后，B 的增长率就相当于空气中的B 的增长率，这种 现象称为磁饱和。a1 、a2 、a3点分别称为跗点、膝点、饱和点。
总的来看：铁磁性物质的B 和H 的关系是非线性的。
B，μ a2
a3 a4 ② B
μ
a1
① ③
O H1 H2 H3
◆ 磁感应线：为使磁场的分布状况形象化，用磁感应线 描述磁场。
规定：磁感应线上的每一点的切线方向就是这一点的磁场方 向；在磁感应强度大的地方磁感应线密，小的地方疏。
5
第九章 磁路和铁心线圈电路
◆ 磁场强度
①将不同的物质（磁介质）放入磁场中，对磁场影响是不同 的。
②不同的物质在外磁场的作用下，会被磁化而产生附加磁场， 附加磁场又反过来影响外磁场。
H
11
第九章 磁路和铁心线圈电路
从图中的曲线③ μ- H 可以看到，铁磁性物质的磁导率μ不 是常数，是随H 的变化而变化的。
开始阶段μ较小；随着H 的增大，μ达到最大值，而后随着 磁饱和的出现， H 再增大，μ值下降。
图中的起始磁化曲线可用磁畴理论予以说明。
二 磁滞回线
◆ 磁滞回线：铁磁性物质 在反复磁化过程中的B-H关 系（在+Hm 和-Hm 间，近似 对称于原点的闭合曲线）。如
第九章 磁路和铁心线圈电路
内容提要
1.磁感应强度、磁通及磁场强度等物理量概念。 2.磁通连续性原理和安培环路定律。 3.磁路的基尔霍夫定律，磁阻与磁导。 4.恒定磁通磁路的计算。 5.交流铁心线圈中波形畸变和交流铁心线圈电路 模型的计算。
1
第九章 磁路和铁心线圈电路
9.1 磁场的主要物理量和基本性质
◆ 安培环路定律：磁场强度矢量H沿任何闭合路径的线 积分等于穿过此路径所围成的面的电流代数和，即
l H dl I
例如：可写出图中的安培环路定律表达式为
r
rH
I1 dl
I2
H dl l
I1 I2
电流的方向和所选路径 方向符合右手螺旋法则 时为正，否则为负。
8
第九章 磁路和铁心线圈电路
9.2 铁磁性物质的磁化曲线
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。
9
第九章 磁路和铁心线圈电路
铁磁性物质的磁化性质一般由磁化曲线即B-H曲线表示
原因：磁场强度H 是决定于产生外磁场的电流； 磁感应强度B 是相当于电流在真空中所产生磁场和物质 磁化后的附加磁场的叠加，
③外磁场通常是由电流产生的，为了反映外磁场和电流之间 的关系，引入一个辅助矢量H即磁场强度。它也是用来表征磁场 中各点的磁力大小、方向的物理量。但是，它的大小仅与产生该 磁场的电流大小和载流导体的形状有关。
其SI单位：安/米（A/m）。
磁场强度与磁感应强度的关系为
r H
r B
6
第九章 磁路和铁心线圈电路 ◆ 磁导率
B F
Il
B
B 的SI单位：特斯拉(T)
磁感应强度的方向：由 I l、B
I l
和 F 三个矢量成右螺旋定则的关
系来决定。
r
rr
F
(dF Idl B)
3
第九章 磁路和铁心线圈电路
◆ 磁通（）：磁感应强度 B 在面积 A 上的通量。
设磁场中有一曲面A，在曲面上取一面积元dA ，dA处的磁感
应强度量值为B，方向与dA的夹角为α，则此面积元的磁通为
rr
B H
物质的磁导率 SI单位：H/m
0 4 107 H/m r 0
真空磁导率 相对磁导率
非铁磁物质的μ≈μ0 铁磁物质的μr很大，如硅钢片μr=6000～8000。
二 磁场的基本性质
◆ 磁通连续性原理：磁场中任一闭合面的总磁通恒
等于零，即
A BdA 0
磁感应线总是闭 合的空间曲线
7
第九章 磁路和铁心线圈电路
B
Bm
b Hm Br
O
Hc b
a
a
Hm H
剩余磁感应强度（剩磁）：由于磁滞，铁磁性物质在磁场 强度减小到零时保留的磁感应强度（ Br ）。
矫顽磁场强度（矫顽力）：如要消去剩磁，需将铁磁性物 质反向磁化的磁场强度（ Hc ）。
d BdAcos BdA
nr
B
所以，曲面A的磁通为
A
Ad A BdA
dA
磁通的SI单位：韦伯（Wb）
均匀磁场：磁感应强度量值相等、方向相同的磁场。
4
第九章 磁路和铁心线圈电路
如果是均匀磁场，且各点磁感应强度与面积 S 垂直，则该 面积上的磁通为
BA 或 B
A
又称磁感应强 度为磁通密度
交流电机或电器中的铁心常受 到交变磁化。
B
Bm
b Hm Br
O
Hc b
a
a
Hm H
12
第九章 磁路和铁心线圈电路
当H 由零增加到+Hm ，使 铁磁性物质达到饱和，对应的磁
感应强度为Bm ，之后，将H 减 小，B 要由Bm沿着比起始磁化曲 线稍高的曲线ab下降。
H 降为零而B 不为零，这种 B 的改变落后于H 的改变的现象 称为磁滞。
一 磁场的主要物理量
◆ 磁感应强度（B） 磁感应强度 B是表示磁场空间某点的磁场强弱和
方向的物理量。它是矢量。磁场对电流(或运动电荷)有 作用，而电流(或运动电荷)也将产生磁场。
电流(或运动电荷)
磁场
2
第九章 磁路和铁心线圈电路
磁感应强度的大小：
在磁场中一点放一段长度为l 、电流强度为 I 并与磁场方向垂 直的导体，如导体所受电磁力为F ，则该点磁感应强度的大小为
所以， B-H曲线表明了物质的磁化效应。
铁磁性物质的磁化曲线 B-H 可由实验测出
一 起始磁化曲线
起始磁化曲线，如图中曲线②。 H=0 、B=0 开始磁化 oa1段，B 随H 增大而增大，其增 长率不大。
B，μ
a3 ②
a2
B
μ
a1
① ③
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。
物质按其磁化效应分为
非铁磁性物质 μ≈μ0 铁磁性物质 μ很大，不是常数
物质的磁性可用导磁系数来表示，或者用式
rr
B H
，以通
过物质中磁感应强度与磁场强度的关系来描述。真空或空气的导
磁能力很低，其导磁系数为 0 ，是一个不随磁场强度的大小而
变化的常数（ 0 4 107 H/m ）。所以，真空或空气中的磁感 应强度是随磁场强度成比例地变化的，如图中的直线①所示。