测定铁磁材料μ～h关系.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划测定铁磁材料μ～H关系　　二级物理实验　　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　　　　式中的Ｎ１，Ｌ，Ｒ１均为已知常数，所以由Ｕ１可确定Ｈ。

　　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　　由式可推导出　　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　　二级物理实验　　则Ｅ＝Ｉ2Ｒ2，所以　　由式和式可得　　式中：Ｃ2，Ｒ2，Ｎ2和Ｓ均为已知常量，所以测量Ｕ2可确定Ｂ　　【实验步骤】　　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将“U选择”旋钮旋至，并分别调节示波器x和y轴的灵敏度旋钮，使显示屏上出现大小合适且形状最接近理论曲线的磁滞回线　　对样品退磁，然后从U=0开始，利用显示屏和灵敏度调整旋钮上的示值，依次测定U=，，?，时相应出现的每一磁滞回线顶点的坐标即电压值　　UH和UB，并记录　　【数据处理】　　各常数数值　　R1=2.5ΩR2=10KΩL=60mm　　S=80m2　　N=50匝n=150匝C2=10μF　　二级物理实验　　铁磁材料的磁性研究　　【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.测定样品的基本磁化曲线，作μ-H曲线　　3.测定样品的HD、Br、BS和等参数　　4.测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗　　【实验原理】　　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μ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1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　　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H从零开始　　增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段　　oa所示，继之B随H迅速增长，如ab所示，　　其后B的增长又趋缓慢，并当H增至HS时，B　　到达饱和值BS，oabs称为起始磁化曲线图1　　表明，当磁场从HS逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”　　点，而是沿另一条新的曲线SR下降，比较线段OS和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H＝O时，B不为零，而保留剩磁Br　　当磁场反向从O逐渐变至－HD时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必　　须施加反向磁场，HD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RD称为退磁曲线。

　　图1还表明，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所以，当铁磁材料处于交变磁场中时，将　　沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向　　去磁在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形　　式从铁磁材料中释放，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　　图3铁磁材料μ与H　　并系曲应该说明，当初始态为H＝B＝O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，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?H，因B与H非线性，故铁磁材料的μ不是常数而是随H而变化铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万，这一特点是它用途广泛的主要原因之一　　可以说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线较宽矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁体　　观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示。

待测样品为EI型矽钢片，N为励磁绕组，n为用来测量磁感应强度B而设置的绕组R1为励磁电　　流取样电阻，设通过N的交流励磁电流为i，根据安培环路定律，样品的磁化场强NiH?1L为样品的平均磁路L　　∵i?U1　　R1?H?N1?UHLR1　　(1)式中的N1、L、R1均为已知常数，所以由UH可确定H　　在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B是测量绕组n和R2C电路给定的，根据法拉第电磁感应定律，由于样品中的磁通φ的变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为　　?2?n　　??d?dt1?2dtn?　　?1B???2dt?SnS　　(2)　　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　　ε2?i2R2?UB　　式中i2为感生电流，UB为积分电容C两端电压,设在Δt时间内，i2向电容C2的充电电量为Q，则UB??ε2?i2R2?CC　　如果选取足够大的R2和C，使i2R2>>Q/C，则　　?2?i2R2　　dUBdQ?C2dtdt　　dUB?ε2?C2R2(3)dt　　由、两式可得∵i2?　　B?CR2UBN2S　　上式中C、R2、n和S均为已知常数所以由UB可确定B0　　综上所述，将图5中的UH和UB分别加到示波器的“X输入”和“Y输入”便　　可观察样品的B－H曲线；如将UH和UB加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱　　和磁感应强度BS、剩磁Rr、矫顽力HD、磁滞损耗〔WBH〕以及磁导率μ等参数。

　　【实验内容】　　1．用示波器观察两种试样的磁滞回线　　首先对试样进行退磁，方法是将励磁电压从0V增加到3V，然后再逐步增加到0V比较软硬磁材料的特性　　2．测量试样的磁性参数　　测绘μ~H曲线和基本磁化曲线　　-H曲线和基本磁化曲线首先对试样退磁，励磁电压分别取、、、、、、、、、，测量相应的Hm和Bm计算μ　　测定试样的Bm、Br、Hc、[B*H]参数　　试样退磁后，令励磁电压为3V取样电阻R1为?记录内容2中的H和B值，用坐标值绘制曲线，并求出Bm、Br、Hc和磁滞损耗[B*H]并估算曲线面积　　【实验仪器】　　实验仪，KH-MHC型智能磁滞回线测试仪，示波器　　【实验数据】　　测绘μ~H曲线和基本磁化曲线　　励磁电压测定试样的Bm、Br、Hc、[B*H]参数　　取样电阻R1为?，励磁电压3V　　?　　Bm=;Br=;　　Hc=/m;HB=J/m3　　如图所示曲线所围成的面积为：10个小长方格的面积10*H*B=/m3　　序号H(A/m)B(mT)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　铁磁材料居里点的测定　　铁磁材料是铁和其它一种或多种适当的金属元素的复合氧化物。

按磁滞回线的形状来分，有软磁材料，硬磁材料　　铁磁材料在工业上，尤其在电力工业上应用最为广泛，如制造发电机、电动机及电力输送变压器上的永久磁铁和硅钢片我们日常用的家电里有收音机中的天线棒，中周变压器，电视机中的回扫变压器，录象机中的磁头、磁鼓计算机中的记忆元件、逻辑元件、扬声器以及机中都有磁性材料　　铁磁材料在尖端技术和国防科技中应用也很多，如雷达、微波多路通讯、自动控制、射电天文望远镜、远程操纵等　　图1　　铁磁材料居里点是铁磁材料的一个重要的物理性质根据电磁学，我们知道：　　xm?MH　　BH??　　??(1?xm)?0　　上面三式里的xm是磁化率，M为磁化强度，H为磁场强度，B为磁感应强度，μ为磁导率，μ0为真空中磁导率　　磁介质大体可以分为顺磁质、抗磁质和铁磁质三类但对于不同类型的磁介质，xm和μ的情况很不一样对于顺磁质，xm＞0，μ＞μ0；对于抗磁质，xm＜0，μ＜μ0这两类磁介质的磁性都很弱，它们的|xm|＜＜1，μ??μ0，而且都是与H无关的常数而铁磁质的情况要复杂一些，一般说来M与H不成比例，甚至没有单值关系，即M的值不能由H的值唯一确定，它还与磁化的历史有关，所以xm和μ不再为常数。

而是H的函数，即xm=xm　　(H)，μ=μ(H)铁磁质的xm和μ一般都很大，所以铁磁质属于强磁性介质　　以铁为代表的一类磁性很强的物质叫铁磁质在纯化学元素中，除铁之外，还有过渡族中的其它元素，如钴、镍和某些稀土族元素如钆、镝、钬都具有铁磁性但常用的铁磁质多数是铁和其它金属或非金属组成的合金，以及某些包含铁的氧化物　　当磁化场H=0的时候处于未磁化状态这相当于坐标原点在逐渐增加磁化场H的过程中，B随之增加开始B增加得较慢一些，然后经过一段急剧增加的过程，又慢下来，再继续增大磁化场时B几乎不再变了这时介质的磁化已达到饱和饱和时的磁化强度称为饱和磁化强度从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线叫做铁磁质的起始磁化曲线，如图1中的OS段　　当铁磁质的磁化达到饱和之后，如果将磁化场去掉，即H=0，介质的磁化状态，并不恢复到原来的起点，而是保留一定的磁性这时的磁场强度H和磁感应强度B叫做剩余磁场(转载于:写论文网:测定铁磁材料μ～H关系)强度和剩余磁感应强度通常用HR和BR来表示若要使介质的磁场强度和磁感应强度减到0，必须加一相反方向的磁化场，即H＜0只有当反方向的磁化场大到一定程度时，介质才完全退磁，即达到H=0，B=0的状态。

使介质完全退磁所需的反向磁化场的大小，叫做这种铁磁质的矫顽力从具有剩磁的状态到完全退磁的状态这一段曲线，叫做退磁曲线　　介质退磁后，如果反方向的磁化场的数值继续增大时，介质将沿相反的方向磁化，即H＜0，直到饱和一般说来，反向的饱和磁场强度的数值与正向磁化时一样此后若使反方向的磁化场数值减小到0，然后又沿正方向增加，介质的磁化状态回到正向饱和磁化状态当磁化场在正负两个方向上往复变化时，介质的磁化过程经历了一个循环过程闭合曲线SRCS’R’C’S叫铁磁质的磁滞回线这个过程所形成的闭合曲线叫。