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，Β与磁场强

度H

H

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。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。

μ-H

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。磁滞回线如矩形者，矫顽力小，剩磁大， B 适于做记忆材料。如磁环、磁膜， 技行业。 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。

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U H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）

∮H•d l=ΣI

∴H= i1N/L

∵i1=U1/R1

L为样品的平均磁路长度

∴ H=(N/LR1)U1。。。。。。。⑴

所以，我们可以通过测量U1，计算出场强H。

在交变磁场作用下，样品的磁感应强度值B瞬时值是由测量绕组n和R2、C2电路来给定。根据法拉第电磁感应定律，由于测量绕组中磁通变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为：

ε2==n dφ/d t

根据磁感应强度定义：

B=φ/S

∴B=(1/nS)∫ε2 dt 。。。。。。。⑵

其中S为样品的横截面积。

在测试回路中；根据基尔霍夫定律有

ε2=i2R2+U2+i2r-L2di2/dt

式中R为测试线圈内阻，L2为测试线圈自感。

测试线圈的自感和内阻都很小，我们把它们忽略，则回路方程为：

ε2=i2R2+U2

U2=Q/C2

由于我们选用的R2和C2都比较大，

而i2R2和Q/C2相比较, i2R2>> Q/C2

所以又把回路方程近似为：

ε2=i2R2

而i2=C2dU2/dt

所以ε2=R2C2dU2/dt 。。。。。。。。⑶

由⑵，⑶得出

B=（R2C2/nS）U2 。。。。。⑷

所以，测得U2，便可计算出B。

综上所述，我们将U1、U2加到示波器的x、y输入端上，便可看到样品的磁滞回线（B-H线）加到测试仪上，可对样品的磁滞回线多点采样测定，并计算出此测试条件下的饱和磁感应强度B m，剩磁B r，矫顽力H c和磁滞损耗［BH］。及磁导率。

三、实验内容

1．电路连接：在实验仪上选定一个样品，按实验仪机箱上所给定的电路图连接线路，把R1选择调到2.5Ω，U选择调节到0，U H和U B分别连接到示波器的通道1（CH1 X）和通道2（CH2 Y）端子。插孔⊥为公共。将示波器的TIME/DIV旋钮反时针旋到底（X-Y）档。

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