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北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment 铁磁物质铁磁物质是一种性能特异，用途广泛是一种性能特异，用途广泛的材料，包括铁、钴、镍及其众多合金以的材料，包括铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体），在外磁场的及含铁的氧化物（铁氧体），在外磁场的作用下，能被强烈磁化，磁导率很高并随作用下，能被强烈磁化，磁导率很高并随磁场变化，当外磁场撤掉以后，铁磁材料磁场变化，当外磁场撤掉以后，铁磁材料仍具有一定的磁性，磁化规律复杂。仍具有一定的磁性，磁化规律复杂。第第1页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentn铁磁材料具有的这种保持原定磁化状态的性质称铁磁材料具有的这种保持原定磁化状态的性质称为为磁滞磁滞。研究铁磁材料的磁化规律，一般是通过。研究铁磁材料的磁化规律，一般是通过测量外磁场的测量外磁场的磁场强度磁场强度H H与与感应磁场强度感应磁场强度B B之间的之间的关系来进行的。关系来进行的。起始磁化曲线图起始磁化曲线图磁滞回线图磁滞回线图第第2页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentn以以H为横坐标，为横坐标，B B为纵坐标，为纵坐标，画出画出B B随随H H的变化曲线，这条的变化曲线，这条曲线称为初始磁化曲线。曲线称为初始磁化曲线。n当当H H增大到某一值增大到某一值H Hm m后，后，B B几几乎不再变化，这时铁磁材料乎不再变化，这时铁磁材料的磁化状态为磁饱和状态。的磁化状态为磁饱和状态。此时的磁感应强度此时的磁感应强度BsBs叫做饱叫做饱和磁感应强度。和磁感应强度。1 1、B B与与H H的关系的关系起始磁化曲线图起始磁化曲线图特点：特点：复杂的非线性曲线复杂的非线性曲线第第3页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment 2 2 磁滞现象磁滞现象特点：铁磁材料的磁化过程是不可逆的。特点：铁磁材料的磁化过程是不可逆的。当铁磁质达到饱和后，当铁磁质达到饱和后，减小减小H H，B B沿图沿图abab下降；下降；当当H=0H=0时时B0B0，这说，这说明铁磁材料还残留一明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度定值的磁感应强度BrBr，称为称为剩磁剩磁若要使铁磁物质完全若要使铁磁物质完全退磁，即退磁，即B=0B=0，必须，必须加一个反方向磁场加一个反方向磁场HcHc，称为，称为矫顽力矫顽力-Hc-BrBr第第4页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentBHH1H2H3基本磁化曲线和磁滞回线基本磁化曲线和磁滞回线BHaBsBrcabHmHc起始磁化起始磁化曲线曲线磁滞回磁滞回线线基本磁化基本磁化曲线曲线 对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线得一系列大小不同的磁滞回线,再将各磁滞回线的顶点联接起再将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线被称为基本磁化曲线。来，所得的曲线被称为基本磁化曲线。第第5页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentO软软磁材料磁材料应用应用 硅钢片，作变压硅钢片，作变压器、电机、电磁铁的铁器、电机、电磁铁的铁芯，铁氧体芯，铁氧体(非金属非金属)作作高频线圈的磁芯材料。高频线圈的磁芯材料。特点特点 磁导率大，矫顽磁导率大，矫顽力小，容易磁化，也容力小，容易磁化，也容易退磁，磁滞回线包围易退磁，磁滞回线包围面积小，磁滞损耗小。面积小，磁滞损耗小。软磁材料软磁材料北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment第第6页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment特点特点 剩余磁感应强度剩余磁感应强度大，矫顽力大，不容易大，矫顽力大，不容易磁化，也不容易退磁，磁化，也不容易退磁，磁滞回线宽，磁滞损耗磁滞回线宽，磁滞损耗大。大。硬磁材料硬磁材料应用应用 作永久磁铁，永作永久磁铁，永磁喇叭等。磁喇叭等。O硬硬磁材料磁材料第第7页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment应用应用 作计算机中的作计算机中的记忆元件，磁化时极记忆元件，磁化时极性的反转构成了性的反转构成了“0 0”与与“1 1”的物理载体。的物理载体。矩磁材料矩磁材料特点特点 磁滞回线呈矩磁滞回线呈矩 形状形状O矩矩磁铁氧体材料磁铁氧体材料第第8页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentu 了解有关铁磁性材料性质的知识；了解有关铁磁性材料性质的知识；u 了解用示波器动态测量软磁材料磁滞了解用示波器动态测量软磁材料磁滞 回回 线和基本磁化曲线的原理；线和基本磁化曲线的原理；u 学习并体会物理实验方法中的转换测学习并体会物理实验方法中的转换测量法；量法；u 掌握用示波器动态测量软磁材料磁滞掌握用示波器动态测量软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的方法回线和基本磁化曲线的方法.实验目的实验目的第第9页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验器材实验器材:GY-4隔离变压器第第10页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验器材实验器材:CZ-2磁质回线装置第第11页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验器材实验器材:COS5020示波器北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment第第12页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验原理实验原理i1i2UxUyN2N1R2C隔离变压器示波器XYR1220V示波器显示示波器显示B BH H曲线的原理和线路曲线的原理和线路第第13页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验设计思想实验设计思想 如果希望在示波器上显示出被测铁磁材料的磁如果希望在示波器上显示出被测铁磁材料的磁滞回线，必须使输入到示波器滞回线，必须使输入到示波器X X偏转板上的电压偏转板上的电压UxUx与磁场强度与磁场强度H H成正比，同时使输入到示波器成正比，同时使输入到示波器y y偏转板偏转板上的电压上的电压UyUy与铁磁材料中的磁感应强度与铁磁材料中的磁感应强度B B成正比成正比 该式表明了在交变磁场下，任一时刻输入到示波该式表明了在交变磁场下，任一时刻输入到示波器上的电压降器上的电压降UxUx与磁场强度与磁场强度H H 成正比。成正比。根据安培环路定律，磁场强度根据安培环路定律，磁场强度H H的大小为：的大小为：（1）第第14页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验设计思想实验设计思想 为了得到和铁磁材料中的瞬时磁感应强度为了得到和铁磁材料中的瞬时磁感应强度B B成正成正比的比的UyUy值，采用电阻值，采用电阻R2R2和电容和电容C C组成的组成的积分电路积分电路。线圈线圈N1N1中交变磁场中交变磁场H H在铁磁材料中产生交变的磁在铁磁材料中产生交变的磁感应强度感应强度B B，因此在线圈，因此在线圈N2N2中产生感应电动势，其大中产生感应电动势，其大小用公式（小用公式（2 2）表示）表示:（2）当当时，时，第第15页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment（2 2）代入）代入（3 3）该该式式表表明明示示波波器器垂垂直直偏偏转转板板上上的的电电压压，即即电容两端的电压电容两端的电压UyUy是正比例于磁感应强度是正比例于磁感应强度B B的。的。电容电容C两端的电压：两端的电压：（3）（4）第第16页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验内容实验内容u 在坐标纸上做出基本磁化曲线和饱和磁在坐标纸上做出基本磁化曲线和饱和磁滞回线滞回线.u 给出给出Hm、Hc、Bs、Br的实验结果的实验结果.第第17页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验步骤实验步骤u熟悉示波器各旋钮的作用，对熟悉示波器各旋钮的作用，对X X轴和轴和Y Y轴分别进行定标，校正轴分别进行定标，校正X X轴和轴和Y Y轴上每格表示的电压值后即可以进行测量。轴上每格表示的电压值后即可以进行测量。ACACXYXYXYauto屏幕上显示磁滞回线时，示波器各旋钮的状态屏幕上显示磁滞回线时，示波器各旋钮的状态第第18页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentn正确连接线路，在确认变压器的输出为正确连接线路，在确认变压器的输出为0 0伏后，接通电源；伏后，接通电源；逐渐升高隔离变压器的输出电压，调节示波器的电压分度逐渐升高隔离变压器的输出电压，调节示波器的电压分度旋钮，使磁滞回线充满整个屏幕旋钮，使磁滞回线充满整个屏幕;将隔离变压器电压调将隔离变压器电压调至至80V80V左右，调节示波器的电压分度旋钮，使磁滞回线充左右，调节示波器的电压分度旋钮，使磁滞回线充满整个屏幕；满整个屏幕；CH1CH1通通道的道的电压电压分度分度旋钮旋钮CH2CH2通通道的道的电压电压分度分度旋钮旋钮a(x,y)第第19页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment测量初始磁化曲线必须由原始测量初始磁化曲线必须由原始测量初始磁化曲线必须由原始测量初始磁化曲线必须由原始状态状态状态状态HH0 0，B B0 0开始，因此测开始，因此测开始，因此测开始，因此测量前必须对待测样品进行量前必须对待测样品进行量前必须对待测样品进行量前必须对待测样品进行退磁退磁退磁退磁，以消除剩磁。退磁的方法如图以消除剩磁。退磁的方法如图以消除剩磁。退磁的方法如图以消除剩磁。退磁的方法如图所示，须在所示，须在所示，须在所示，须在 HHmm之间对样品进之间对样品进之间对样品进之间对样品进行反复磁化的过程中让行反复磁化的过程中让行反复磁化的过程中让行反复磁化的过程中让|HHmm|逐逐逐逐步减少，使样品沿着面积一条步减少，使样品沿着面积一条步减少，使样品沿着面积一条步减少，使样品沿着面积一条比一条小的磁滞回线回到原点。比一条小的磁滞回线回到原点。比一条小的磁滞回线回到原点。比一条小的磁滞回线回到原点。实验步骤实验步骤第第20页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验步骤实验步骤n将磁场由将磁场由0(电压为电压为0)开始，逐步开始，逐步(电压每电压每10V变化一步变化一步)增加至增加至B达到饱和，记下每一步达到饱和，记下每一步磁滞回线定点的坐标磁滞回线定点的坐标a(x,y)及所对应的电压及所对应的电压分度值分度值.n在饱和磁滞回线上记录在饱和磁滞回线上记录Hm、Hc、Bs、Br的的坐标，测量时应在坐标，测量时应在0、00剩磁剩磁Br矫顽力矫顽力Hc饱和磁感饱和磁感应强度应强度Bs饱和磁场饱和磁场强度强度Hm数据记录数据记录第第23页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment注意事项注意事项u 测量前检查示波器两通道的垂直微调旋测量前检查示波器两通道的垂直微调旋钮是否在校准位置钮是否在校准位置.u 确定软磁材料饱和时对应隔离变压器的确定软磁材料饱和时对应隔离变压器的电压，饱和时示波器上类磁滞回线的尖端电压，饱和时示波器上类磁滞回线的尖端连接处的两条曲线变得重合连接处的两条曲线变得重合.北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment第第24页页/共共26页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentu 如果测量前没有将材料退磁，会出现什如果测量前没有将材料退磁，会出现什么情况？么情况？u 用磁路不闭合的样品进行测量会导致什用磁路不闭合的样品进行测量会导致什么结果？么结果？u 测量时磁场测量时磁场H是正弦变化的，磁感强度是正弦变化的，磁感强度B是否按正弦规律变化？反之，若磁感强是否按正弦规律变化？反之，若磁感强度度B是正弦变化的，磁场是正弦变化的，磁场H是否也按正弦规是否也按正弦规律变化？律变化？思考题：思考题：第第25页页/共共26页页第第26页页/共共26页页