磁化曲线与磁滞回线的研究资料.doc

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磁化曲线与磁滞回线的研究 一、实验目的 1.了解铁磁质在磁场中磁化的原理及其磁化规律。 2.3.不是常数。 2、磁滞回线 当铁磁材料的磁化达到饱和之后,如果将磁场减小,则铁磁材料内部的和也随之减小。但其减小的过程并不是沿着磁化时的OS段退回。显然,当磁化场撤消,=0时,磁感应强度仍然保持一定数值=,称为剩磁(剩余磁感应强度)。 若要使被磁化的铁磁材料的磁感应强度减小到0,必须加上一个反向磁场并逐步增大。当铁磁材料内部反向磁场强度增加到时(图2上的C点),磁感应强度才为0,达到退磁。图(2)中的段曲线为退磁曲线,为矫顽力。如图(2)所示,按--的顺序变化时,相应沿--的顺序变化。图中的段曲线称起始磁化曲线,所形成的封闭曲线称为磁滞回线。 由图(2)可知: 当时,,这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度,通常称为铁磁物质的剩余感应强度(剩磁)。 若要使铁磁物质完全退磁,即必须加一个反向磁场。这个反向磁场强度称为该铁磁材料的矫顽力。 图中曲线段称为退磁曲线。 的变化始终落后于的变化,这种现象称为磁滞现象。 的上升与下降到同一数值时,铁磁材料内部的值并不相同,即磁化过程与铁磁材料过去的磁化经历有关。 当从初始状态,开始周期性地改变磁场强度的幅值时,在磁场由弱到强单调增加过程中,可以得到面积由大到小的一簇磁滞回线,如图(3)所示。其中最大面积的磁滞回线称为极限磁滞回线。 (7)由于铁磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特点,在测定磁化曲线和磁滞回线时,首先须将铁磁材料预先退磁,以保证外加磁场时,;其次,磁化电流在实验过程中只允许单调增加或减少,不能时增时减。在理论上,要消除剩磁,只需改变磁化电流方向,使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽力即可。实际上,矫顽力的大小通常并不知道,因而无法确定退磁电流的大小。我们从磁滞回线得到启示,如果使铁磁材料磁化达到磁饱和,然后不断改变磁化电流的方向,与此同时逐渐减小磁化电流,直至为零。则该材料的磁化过程就是一连串逐渐缩小而最终趋于原点的环状曲线,如图(4)所示 实验表明,经过多次反复磁化后,—的量值关系形成一个稳定的闭合的“磁滞回线”。通常以这条曲线来表示该材料的磁化性质。这种反复磁化的过程称为“磁锻炼”。本实验采用50赫兹的交变电流,所以每个状态都是经过充分的“磁锻炼”,随时可以获得磁滞回线。 我们把图(3)中原点和各个磁滞回线的顶点所连成的曲线,称为铁磁材料的基本磁化曲线。不同的铁磁材料其基本磁化曲线是不同的。为了使样品的磁特性可以重复出现,也就是指所测得的基本磁化曲线都是由原始状态(,)开始,在测量前必须进行退磁,以消除样品中的剩余磁性。 磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据,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,可用来制造永久磁体。 3、示波器显示—曲线的原理和线路 示波器测量—曲线的实验线路如图(5)所示。 图(5) 本实验研究的铁磁物质为环型和EI型矽钢片,N为励磁绕组,n为用来测量磁感应强度而设置的绕组。R1为励磁电流取样电阻,设通过N的交流励磁电流为,根据安培环路定律,样品的磁化场强为: 图(6) (如图6) 因为:,所以: (1) (1)式中的N、L、R1均为已知常数,所以由U1可确定。 在交变磁场下,样品的磁感应强度瞬时值是测量绕组n和R2C2电路给定的,根据法拉第电磁感应定律,由于样品中的磁通的变化,在测量线圈中产生的感生电动势的大小为: (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 式中为感生电流,U2为积分电容C2两端电压,设在时间内,向电容C2的充电电量为Q,则: 所以, 如果选取足够大的R2和C2,使则: 因为 所以 (3) 由(2)、(3)两式可得: (4) 上式中C2、R2、n和S均已知常数。所以由U2可确定。 综上所述,将图(4)中的U1(UH)和U2(UB)分别加到示波器的“X输入”和“Y输入”便可观察样品的动态磁滞回;接上数字电压表则可以直接测出U1(UH)和U2(UB)的值,即可绘制出—曲线,通过计算可测定样品的饱和磁感应强度、剩磁、矫顽力、磁滞损耗()以及磁导率μ等参数。 实验内容 1、 电路连接:选择样品2,按实验仪上所给的电路接线图连接好线路。开启仪器电源开关,调节励磁电压U=0,UH和UB分别接示波器的“X输入”和“Y输入

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