用示波器测动态磁滞回线、磁场测量实验报告.docx
铁磁材料得磁滞回线和基本磁化曲线
(动态磁滞回线实验)
磁性材料在科研和工业中有着广泛得应用,种类也相当繁多,因此各种材料得磁特性测量,就就是电磁学实验中一个重要内容。磁特性测量分为直流磁特性测量和交流磁特性测量。本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化,测得得磁感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线,或者称为交流磁滞回线,她与直流磁滞回线就就是有区别得。可以证明:磁滞回线所包围得面积等于使单位体积磁性材料反复磁化一周时所需得功,并且因功转化为热而表现为损耗。测量动态磁滞回线时,材料中不仅有磁滞损耗,还有涡流损耗,因此,同一材料得动态磁滞回线得面积要比静态磁滞回线得面积稍大些。本实验重点学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线得方法,了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线得区别。
一、实验目得
1、了解磁性材料得磁滞回线和磁化曲线得概念,加深对铁磁材料得重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率得理解。
2、用示波器测量软磁材料(软磁铁氧体)得磁滞回线和基本磁化曲线,求该材料得饱和磁感应强度、剩磁和矫顽力。
3、学习示波器得X轴和Y轴用于测量交流电压时,各自分度值得校准。
４、用示波器显示硬铁磁材料(模具钢)得交流磁滞回线,并与软磁材料进行比较。
二、实验原理
(一)铁磁物质得磁滞现象
铁磁性物质得磁化过程很复杂,这主要就就是由于她具有磁性得原因。一般都就就是通过测量磁化场得磁场强度和磁感应强度之间关系来研究其磁化规律得。
如左图所示,当铁磁物质中不存在磁化场时,和均为零,在图中则相当于坐标原点。随着磁化场得增加,也随之增加,但两者之间不就就是线性关系。当增加到一定值时,不再增加或增加得十分缓慢,这说明该物质得磁化已达到饱和状态。和分别为饱和时得磁场强度和磁感应强度(对应于图中点)。如果再使逐步退到零,则与此同时也逐渐减小。然而,其轨迹并不沿原曲线,而就就是沿另一曲线下降到,这说明c???c??当下降为零时,铁磁物质中仍保留一定得磁性。将磁化场反向,再逐渐增加其强度,直到,这时曲线达到点(即反向饱和点),然后,先使磁化场退回到;再使正向磁化场逐渐增大,直到饱和值为止。如此就得到一条与对称得曲线,而自点出发又回到点得轨迹为一闭合曲线,称图1磁滞回线和磁化曲线为铁磁物质得磁滞回线,此属于饱和磁滞回线。其中,回线和轴得交点和称为矫顽力,回线与轴得交点和,称为剩余磁感应强度。
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图1磁滞回线和磁化曲线
(二)利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线
电路原理图如图２所示。
将样品制成闭合环状,其上均匀地绕以磁化线圈及副线圈。交流电压加在磁化线圈上,线路中串联了一取样电阻,将两端得电压加到示波器得Ｘ轴输入端上。副线圈与电阻和电容串联成一回路,将电容两端得电压加到示波器得Ｙ轴输入端,这样得电路,在示波器上可以显示和测量铁磁材料得磁滞回线。
X
X
R
1
C
R
2
Y
ｕ1
E
2
u
c
图２用示波器测动态磁滞回线得电路图
1、磁场强度得测量
设环状样品得平均周长为,磁化线圈得匝数为,磁化电流为交流正弦波电流,由安培回路定律,而,所以可得
(１)
式中,为取样电阻上得电压。由公式(1)可知,在已知、、得情况下,测得得值,即可用公式(１)计算磁场强度得值。
２、磁感应强度得测量
设样品得截面积为,根据电磁感应定律,在匝数为得副线圈中感生电动势为
(２)
(２)式中,为磁感应强度对时间得导数。
若副线圈所接回路中得电流为,且电容上得电量为,则有
(３)
在(3)式中,考虑到副线圈匝数不太多,因此自感电动势可忽略不计。在选定线路参数时,将和都取较大值,使电容上电压降,可忽略不计,于就就是(3)式可写为
(4)
把电流代入(4)式得
(5)
把(5)式代入(２)式得
在将此式两边对时间积分时,由于和都就就是交变得,积分常数项为零。于就就是,在不考虑负号(在这里仅仅指相位差)得情况下,磁感应强度
(６)
式中,、、和皆为常数,通过测量电容两端电压幅值代入公式(6),可以求得材料磁感应强度得值。
当磁化电流