鐵芯磁化曲線

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1、鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線鐵磁物質(zhì)是一種性能特異、用途廣泛的材料。如航天、通信、自動化儀表及控制等都無不用到鐵磁材料(鐵、鈷、鎳、鋼以及含鐵氧化物均屬鐵磁物質(zhì))。因此，研究鐵磁材料的磁化性質(zhì)，不論在理論上，還是在實際應(yīng)用上都有重大的意義。本實驗使用單片機采集數(shù)據(jù)，測量在交變磁場的作用下，兩個不同磁性能的鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線。1)鐵磁材料的磁化及磁導率　　鐵磁物質(zhì)的磁化過程很復雜，這主要是由于它具有磁滯的特性。一般都是通過測量磁化場的磁場強度H和磁感應(yīng)強度B之間的關(guān)系來研究其磁性規(guī)律的。

2、　　圖20—1　起始磁化曲線和磁滯回線圖20—2　基本磁化曲線　　當鐵磁物質(zhì)中不存在磁化場時，H和B均為零，即圖20—1中B～H曲線的坐標原點0。隨著磁化場H的增加，B也隨之增加，但兩者之間不是線性關(guān)系。當H增加到一定值時，B不再增加(或增加十分緩慢)，這說明該物質(zhì)的磁化已達到飽和狀態(tài)。Hm和Bm分別為飽和時的磁場強度和磁感應(yīng)強度(對應(yīng)于圖中a點)。如果再使H逐漸退到零，則與此同時B也逐漸減少。然而H和B對應(yīng)的曲線軌跡并不沿原曲線軌跡a0返回，而是沿另一曲線ab下降到Br，這說明當H下降為零時，

3、鐵磁物質(zhì)中仍保留一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁滯，Br稱為剩磁。將磁化場反向，再逐漸增加其強度，直到H=-Hc，磁感應(yīng)強度消失，這說明要消除剩磁，必須施加反向磁場Hc。Hc稱為矯頑力。它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀態(tài)的能力。圖20—1表明，當磁場按Hm→0→-Hc→-Hm→0→Hc→Hm次序變化時，B所經(jīng)歷的相應(yīng)變化為Bm→Br→0→-Bm→-Br→0→Bm。于是得到一條閉合的B～H曲線，稱為磁滯回線。所以，當鐵磁材料處于交變磁場中時(如變壓器中的鐵心)，它將沿磁滯回線反復被磁化→去磁→反向磁化→反

4、向去磁。在此過程中要消耗額外的能量，并以熱的形式從鐵磁材料中釋放，這種損耗稱為磁滯損耗?？梢宰C明，磁滯損耗與磁滯回線所圍面積成正比。應(yīng)該說明，對于初始態(tài)為H=0，B=0的鐵磁材料，在交變磁場強度由弱到強依次進行磁化的過程中，可以得到面積由小到大向外擴張的一簇磁滯回線，如圖20—2所示。這些磁滯回線頂點的連線稱為鐵磁材料的基本磁化曲線。由此可近似確定其磁導率μ=B/H。因B與H非線性，故鐵磁材料的μ不是常數(shù)，而是隨H而變化，如圖20—3所示。在實際應(yīng)用中，常使用相對磁導率μr=μ/μ0。μ0為真空

5、中的磁導率，鐵磁材料的相對磁導率可高達數(shù)千乃至數(shù)萬，這一特點是它用途廣泛的主要原因之一。圖20—3　鐵磁材料μ與H關(guān)系曲線1)B～H曲線的測量方法　　實驗線路如圖20—4所示。待測樣品為E1型矽鋼片，勵磁線圈匝數(shù)N1=50;用來測量磁感應(yīng)強度B而設(shè)置的探測線圈匝數(shù)N2=150;R1為勵磁電流取樣電阻，R1為0.5Ω～5.0Ω。設(shè)通過勵磁線圈的交流勵磁電流為I1，根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場強。　　　　(20—1)　　式中：L為樣品的平均磁路，本實驗L=60.0mm。設(shè)R1的端電壓為U1，則可得

6、　　　　因此，　　　　(20—2)　　式(20—2)中的N1，L，R1均為已知常數(shù)，所以由U1可確定H。　　圖20—4　磁滯回線測量線路　　樣品的磁感應(yīng)強度B的測量是通過探測線圈和R2C2組成的電路來實現(xiàn)的。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在交變磁場下由于樣品中的磁通量φ的變化，在探測線圈中產(chǎn)生的感生電動勢的大小　　　　(20—3)　　由式(20—3)可推導出　　　　(20—4)　　S為樣品的截面積?！　∪绻雎宰愿须妱觿莺碗娐窊p耗，則回路方程為　　E=I2R2+U2　　式中：I2為感生電流;U2為積分

7、電容C2兩端電壓。設(shè)在Δt時間內(nèi)，I2向電容C2的充電電量為Q，則　　U2=Q/C2　　因此E=I2R2+Q/C2　　如果選取足夠大的R2和C2，使I2R2>>Q/C2，　　則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均為已知常量(本實驗中C2=20μF，R2=10kΩ，S=80mm2)，所以測量U2可確定B?！　　　?1)電路連接：選樣品1，按實驗儀上所給的電路圖連接線路，并令R1=2.5Ω;“U選擇”置于

8、0位。UH和UB(即U1和U2)分別接示波器的“x輸入”和“y輸入”，插孔⊥為公共端?！　?2)樣品退磁：開啟實驗儀電源，對試樣進行退磁，即按順時針方向轉(zhuǎn)動“U選擇”旋鈕，使U從0V增加至3V，然后逆時針方向轉(zhuǎn)動旋扭使U從最大值降為0V，其目的是消除剩磁，即退磁過程，確保樣品處于磁中性狀態(tài)，即H=B=0，如圖20—5所示。圖20—5　退磁過程　　(3)觀察磁滯回線：開啟示波器電源，令光點位于坐標網(wǎng)格中心，令U=2.2V，分別調(diào)節(jié)示波器x和y軸的靈敏度，使顯示屏上出現(xiàn)圖形大小合適的磁滯回線(若圖的