大学物理实验报告-磁滞回线研究

一、

实验目的：a. 研究磁性材料的动态磁滞回线；

a) b.了解采用示波器测动态磁滞回线的原理；

b) c. 利用作图法测定磁性材料的饱和磁感应强度B,磁场强度

H

二、

实验仪器：普通型磁滞回线实验仪DH 4516。

实验原理：当材料磁化时，磁感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关，而且决定于磁化的历史情况，如图2.3.2-1所示。曲线OA表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，磁感应强度B随H的增加而增加，称为磁化曲线。当H增加到某一值HS时，B几乎不再增加，说明磁化已达到饱和。材料磁化后，如使H减小，B将不沿原路返回，而是沿另一条曲线ACA下降。当H从-HS增加时，B将沿A’C’A曲线到达A，形成一闭合曲线称为磁滞回线，其中H=0时，BBr，Br称为剩余磁感应强度。要使磁感应强度B为零，就必须加一反向磁场-Hc, Hc称为矫顽力。为了使样品的磁特性能重复出现，也就是指所测得的基本磁化曲线都是由原始状态（H=0,B=0）开始，在测量前必须进行退磁，以消除样品中的剩余磁性。

1 .示波器测量磁滞回线的原理

图2.3.2-2所示为示波器测动态磁滞回线的原理电路。将样品制

成闭合的环形，然后均匀地绕以磁化线圈N1及副线圈N2，即所谓的罗兰环。交流电压u加在磁化线圈上，R1为取样电阻，其两端的电压u1加到示波器的x轴输入端上。副线圈N2与电阻R2和电容串联成一回路。电容C两端的电压u加到示波器的y输入端上。

（1）ux(x轴输入)与磁场强度H成正比，若样品的品均周长为l，

磁化线圈的匝数为N1，磁化电流为i1（瞬时值），根据安培环路定理，有Hl=N1 i1,而u1R1i1，所以

u1R1lH （1） N1由于式中R1、l和N1皆为常数，因此，该式清楚地表明示波器荧光屏上电子束水平偏转的大小（u1）与样品中的磁场强度（H）成正比。

（2）uC（y轴输入）在一定条件下与磁感应强度B成正比 设样品的截面积为S，根据电磁感应定律，在匝数为N2的副线圈中，感应电动势应为

E2N2SdB （2） dt此外，在副线圈回路中的电流为i2且电容C上的电量为q时，又有

E2R2i2q （3） C考虑到副线圈匝数N2较小，因而自感电动势未加以考虑，同时，R2与C都做成足够大，使电容C上的电压降（uc=q/C）

比起电阻上的电压降R2i2小到可以忽略不计。于是式（3）可以近似的改写为

E2R2i2 （4）

将关系式i2dudqCc代入式（4），得 dtdtduc （5） dt E2R2C将上式与式（2）比较，不考虑其负号（在交流电中负号相当于相位差±π）时，应有

N2SdudBR2Cc dtdt将两式两边对时间积分，由于B和uc都是交变的，故积分常数为0。整理后得

ucN2S B （6）

R2C由于N2、S、R2和C皆为常数，因此该式表明了示波器的荧光屏上竖直方向偏转的大小（uc）与此干起那股（B）成正比。 由此可见，在磁化电流变化的一周期内，示波器的光点将描绘出一条完整的磁滞回线，并在以后每个周期都重复此过程，这样在示波器的荧光屏上将看到一稳定的磁滞回线图线。 （3）测量标定

本实验不仅要求能用示波器显示出待测材料的动态磁滞回线，而且要能使用示波器定量

观察和分析磁滞回线。因此，在实验中还需确定示波器荧光屏上x轴（即H轴）的每一小格实际代表多少磁场强度，y轴（即B轴）的每一小格实际代表多少磁感应强度，这就是测量标定问题。

1）x轴（H轴）标定

x轴标定操作的目的是标定H。具体而言就是确定示波器荧光屏x轴（即H轴）的每一小格实际代表多少磁场强度。由式（1）可见，若设法测出光点沿x轴偏转的大小与电压u1的关系，就可确定H。具体标定H的线路图如图2.3.2-4所示。其中交流电表A用于测量ν0(请注意A的指示是i0的有效值I0)。调解I0使荧光屏上水平线长度为Mx格，它对应于u1且为峰峰值，即22R1I0，因此，每一小格所代表的u1的值为22R1I0/Mx。这样由式（1）就可知荧光屏每一小格所代表的磁场强度H是

H022N1I0 （7） lMx

值得注意的是，标定线路中应将被测样品去掉，而代之以一纯电阻R0。这主要是因为被测样品室铁磁材料，它的B和H的关系是非线性的，从而使电路中的电流产生非正弦形畸变。R0起限流作用，标定操作中应使I0不超过R0允许的电流。

2）y轴（B轴）标定

y轴标定操作的目的是标定B，具体而言就是确定y轴（B轴）的每一小格实际代表多少磁感应强度。具体标定B的线路如图2.3.2-5所示。图中M是一个标准互感器。

流经互感器原边的瞬时电流为i0，则互感器副边中的感应电

动势E0为

Edi00Mdt 类似于式（5），又有

Mdi0dtRduc2Cdt 对上式两边积分，可得

uMi0cR （8） 2C由于A测出的是i0的有效值I0，所以对应于uc的有效值UC，有

UCMI0/R2C

而相应的峰峰值为22MI0/R2C。

若此时对应uc峰峰值的垂直线总长主度为My，则根据（6）可得，y轴每一小格所代表的磁感应强度为

B2MI002N （9）

2SMy应注意实验中，不要使I0超过互感器所允许的额定电流值。

．仪器的调节

四、实验步骤：1按图2.3.2-3所示线路接线，调节示波器，使光点调至荧光屏正中心。调节调压变压器，从零开始逐步增大磁化电流，使磁滞回线上的B值能达到饱和。示波器的x、y轴衰减置“1”挡，可适当调整x、y的增幅，使荧光屏上得到大小适中的磁滞回线。记住此时磁化电流I的大小。 2．量动态磁滞回线

(1).样品退磁，把调压器的输出电压从最大值缓慢调至零，样品

即被退磁。

(2).将电流调至I，以每小格为单位测若干组B、H的坐标值。记

住回线顶点（A）、剩磁（Br）、矫顽力（Hc）三个点的读数（注意此后，示波器的x轴增幅，y轴增幅绝对不要改变，以便进行H、B标定）。

(3).标定H和B，分别按图2.3.2-4、图2.3.2-5接线。

(4).测磁化曲线，即测量大小不同的各个磁滞回线的顶点的连接。 (5).改变磁化电流的频率，观察磁滞回线的变化规律。

五、注意事项：

1.不要使I0超过互感器所允许的额定电流值。

2. 在测量前必须进行退磁，以消除样品中的剩余磁性。

六、总结分析：

1. x轴标定操作的目的是标定H。每一小格所代表的磁场强度是

H022N1I0 lMx2. y轴标定操作的目的是标定B，y轴每一小格所代表的磁感应强度为 B0

22MI0

N2SMy