实验5 动态磁滞回线
一、实验目的
1、掌握磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的主要物理量：矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和磁滞回线。
3、根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc的数值。 4、研究不同频率下动态磁滞回线的区别，并确定某一频率下的磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc数值。
5、改变不同的磁性材料，比较磁滞回线形状的变化。
二、实验仪器
动态磁滞回线测试仪及示波器。动态磁滞回线测试仪由测试样品、功率信号源、可调标准电阻、标准电容和接口电路等组成。
三、实验原理
1、磁化曲线
如果在由电流产生的磁场中放入铁磁物质，则磁场将明显增强，此时铁磁物质中的磁感应强度比单纯由电流产生的磁感应强度增大百倍，甚至在千倍以上。铁磁物质内部的磁场强度H与磁感应强度B有如下的关系:
B=μH
对于铁磁物质而言，磁导率μ并非常数，而是随H的变化而改变的物理量，即μ=（ƒH），为非线性函数。所以如图1所示，B与H也是非线性关系。
铁磁材料的磁化过程为：其未被磁化时的状态称为去磁状态，这时若在铁磁材料上加一个由小到大的磁化场，则铁磁材料内部的磁场强度H与磁感应强度B也随之变大，其B-H变化曲线如图1所示。但当H增加到一定值（Hs）后，B几乎不再随H的增加而增加，说明磁化已达饱和，从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线称为材料的起始磁化曲线。如图1中的OS端曲线所示。
图1 磁化曲线和μ～H曲线
2、磁滞回线
当铁磁材料的磁化达到饱和之后，如果将磁化场减少，则铁磁材料内部的B和H也随之减少，但其减少的过程并不沿着磁化时的OS段退回。从图2可知当磁化场撤消，H=0时，磁感应强度仍然保持一定数值B=Br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B减少到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H=Hc时（图2上的c点），磁感应强度B才是0，达到退磁。图2中的的bc段曲线为退磁曲线，Hc为矫顽磁力。图中的Oa段曲线称起始磁化曲线，所形成的封闭曲线abcdefa称为磁滞回线。bc曲线段称为退磁曲线。
图2 起始磁化曲线与磁滞回线
由图2可知：
（1）当H=0时，B≠0，这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度Br，通常称Br为铁磁物质的剩余感应强度（剩磁）。
（2）若要使铁磁物质完全退磁，即B=0，必须加一个反方向磁场Hc。这个反向磁场强度Hc，称为该铁磁材料的矫顽磁力。
（3）B的变化始终落后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。
（4）H上升与下降到同一数值时，铁磁材料内的B值并不相同，退磁化过程与铁磁材料过去的磁化经历有关。
（5）当从初始状态H=0，B=0开始周期性地改变磁场强度的幅值时，在磁场由弱到强地单调增加过程中，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。
（6）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，与此同时逐渐减少磁化电流，直到于零。则该材料的磁化过程中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。当H减小到零时，B亦同时降为零，达到完全退磁。
我们把图3中原点O和各个磁滞回线的顶点a1,a2，„a所连成的曲线，称为铁磁性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相同的。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（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。在测量基本磁化曲线时，每个磁化状态都要经过
充分的“磁锻炼”。否则，得到的B-H曲线即为开始介绍的起始磁化曲线，两者不可混淆。
3、示波器显示B—H曲线的原理线路
图 5 示波器测量B—H曲线的实验线路
本实验研究的铁磁物质是一个环状式样，在式样上绕有励磁线圈N1匝和测量线圈N2
匝。若在线圈N1中通过磁化电流I1时，此电流在式样内产生磁场，根据安培环路定律HL=N1i1，磁场强度H的大小为：
H
=
N1I1L
（1）
其中L为的环状式样的平均磁路长度。由图5可知示波器X轴偏转板输入电压为：
Ux=UR=I1R1 （2）
由式（1）和式（2）得：
UX
=
LR1N1
（3）
上式表明在交变磁场下，任一时刻电子束在X轴的偏转正比于磁场强度H。为了测量磁感应强度B，在次级线圈N2上串联一个电阻R2与电容C构成一个回路，同时R2与C又构成一个积分电路。取电容C两端电压Uc至示波器Y轴输入，若适当选择R2和C使R2〉〉1/ωC，则：
I2=
E2
1 R22+ ωc
2≈
E2R2
（4）
式中，ω为电源的角频率，E2为次级线圈的感应电动势。因交变的磁场H的样品中产生交变的磁感应强度B，则：
E2=N2
实验5 动态磁滞回线
一、实验目的
1、掌握磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的主要物理量：矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和磁滞回线。
3、根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc的数值。 4、研究不同频率下动态磁滞回线的区别，并确定某一频率下的磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc数值。
5、改变不同的磁性材料，比较磁滞回线形状的变化。
二、实验仪器
动态磁滞回线测试仪及示波器。动态磁滞回线测试仪由测试样品、功率信号源、可调标准电阻、标准电容和接口电路等组成。
三、实验原理
1、磁化曲线
如果在由电流产生的磁场中放入铁磁物质，则磁场将明显增强，此时铁磁物质中的磁感应强度比单纯由电流产生的磁感应强度增大百倍，甚至在千倍以上。铁磁物质内部的磁场强度H与磁感应强度B有如下的关系:
B=μH
对于铁磁物质而言，磁导率μ并非常数，而是随H的变化而改变的物理量，即μ=（ƒH），为非线性函数。所以如图1所示，B与H也是非线性关系。
铁磁材料的磁化过程为：其未被磁化时的状态称为去磁状态，这时若在铁磁材料上加一个由小到大的磁化场，则铁磁材料内部的磁场强度H与磁感应强度B也随之变大，其B-H变化曲线如图1所示。但当H增加到一定值（Hs）后，B几乎不再随H的增加而增加，说明磁化已达饱和，从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线称为材料的起始磁化曲线。如图1中的OS端曲线所示。
图1 磁化曲线和μ～H曲线
2、磁滞回线
当铁磁材料的磁化达到饱和之后，如果将磁化场减少，则铁磁材料内部的B和H也随之减少，但其减少的过程并不沿着磁化时的OS段退回。从图2可知当磁化场撤消，H=0时，磁感应强度仍然保持一定数值B=Br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B减少到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H=Hc时（图2上的c点），磁感应强度B才是0，达到退磁。图2中的的bc段曲线为退磁曲线，Hc为矫顽磁力。图中的Oa段曲线称起始磁化曲线，所形成的封闭曲线abcdefa称为磁滞回线。bc曲线段称为退磁曲线。
图2 起始磁化曲线与磁滞回线
由图2可知：
（1）当H=0时，B≠0，这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度Br，通常称Br为铁磁物质的剩余感应强度（剩磁）。
（2）若要使铁磁物质完全退磁，即B=0，必须加一个反方向磁场Hc。这个反向磁场强度Hc，称为该铁磁材料的矫顽磁力。
（3）B的变化始终落后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。
（4）H上升与下降到同一数值时，铁磁材料内的B值并不相同，退磁化过程与铁磁材料过去的磁化经历有关。
（5）当从初始状态H=0，B=0开始周期性地改变磁场强度的幅值时，在磁场由弱到强地单调增加过程中，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。
（6）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，与此同时逐渐减少磁化电流，直到于零。则该材料的磁化过程中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。当H减小到零时，B亦同时降为零，达到完全退磁。
我们把图3中原点O和各个磁滞回线的顶点a1,a2，„a所连成的曲线，称为铁磁性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相同的。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（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。在测量基本磁化曲线时，每个磁化状态都要经过
充分的“磁锻炼”。否则，得到的B-H曲线即为开始介绍的起始磁化曲线，两者不可混淆。
3、示波器显示B—H曲线的原理线路
图 5 示波器测量B—H曲线的实验线路
本实验研究的铁磁物质是一个环状式样，在式样上绕有励磁线圈N1匝和测量线圈N2
匝。若在线圈N1中通过磁化电流I1时，此电流在式样内产生磁场，根据安培环路定律HL=N1i1，磁场强度H的大小为：
H
=
N1I1L
（1）
其中L为的环状式样的平均磁路长度。由图5可知示波器X轴偏转板输入电压为：
Ux=UR=I1R1 （2）
由式（1）和式（2）得：
UX
=
LR1N1
（3）
上式表明在交变磁场下，任一时刻电子束在X轴的偏转正比于磁场强度H。为了测量磁感应强度B，在次级线圈N2上串联一个电阻R2与电容C构成一个回路，同时R2与C又构成一个积分电路。取电容C两端电压Uc至示波器Y轴输入，若适当选择R2和C使R2〉〉1/ωC，则：
I2=
E2
1 R22+ ωc
2≈
E2R2
（4）
式中，ω为电源的角频率，E2为次级线圈的感应电动势。因交变的磁场H的样品中产生交变的磁感应强度B，则：
E2=N2