铁磁材料的磁性研究

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1、铁磁材料的磁性研究【实验目的】1.认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。2.测定样品的基木磁化曲线，作p-H曲线。3.测定样品的HD、B。BjD（Hm*Bm）等参数。4.测绘样品的磁滞

2、叫线，估算磁滞损耗。【实验原理】铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用卜*能被强烈磁化，故磁导率U很高。另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。an起ttaft曲助vwnm图中的原点0表示磁化之前铁磁物质处于

3、磁中性状态，即B=H=O,当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段oa所示，继之B随H迅速增长，如ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至Hs吋，B到达饱和值Bs，oabs称为起始磁化曲线。图1表明，当磁场从儿逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“0”点，而是沿另一条新的曲线SK下降，比较线段0S和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H=0吋，B不为零，而保留剩磁Br。当磁场反h'd从0逐渐变至一吋，磁感应强度1^消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，1L称为矫顽力，它的大小反映铁磁材

4、料保持剩磁状态的能力，线段KD称为退磁曲线。和应的磁感应所以，当铁磁图1还表明，当磁场按Hs-^O-^Hds-^O-^Hn-*HS次序变化，强度B则沿闭合曲线SRDS'R'D'S变化，这闭合曲线称为磁滞冋线，材料处于交变磁场中吋（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化一去磁-*反向磁化-*反向去磁。在此过程屮要消耗额外的能暈，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗，可以证明，磁滞损耗与磁滞冋线所鬧面积成正比。阁1铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线▲图2同一铁磁材料的一簇磁滞回线图3铁磁材料M与H井系曲线应该说明，当初始态为H=B=O的铁磁材料，在交变磁场强度由弱

5、到强依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞冋线，如图2所示，这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线，由此吋近似确定其磁导率u=因13与14非线性，故铁磁材料的U不是常数而是随14而变化(如阁3H所示)。铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万，这一特点是它用途广泛的主要原因之一。可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主耍依据，图4为常见的两种典型的磁滞回线，K屮软磁材料的磁滞回线狭长、娇顽力、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。而硬磁材料的磁滞冋线较宽。矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁体。观察和测量磁滞回线和基本磁

6、化曲线的线路如图五所示。待测样品为ET型矽钢片，N为励磁绕组，n为用來测量磁感极强度B而设置的绕组。匕为励磁电流取样电阻，设通过N的交流励磁电流为i,根据安培环路定律，样品的磁化场强H=L为样品的平均磁路I-/(1)N.LR(1)式屮的1、L、匕均为已知常数，所以由UH可确定H。在交变磁场卜，样品的磁感应强度瞬时值B是测量绕组n和R2C电路给定的，根据法拉第电磁感放定律，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d(p~dtr€>-B=^=nS^e2dt1^£2dtr--!R(2)S为样品的截面积。如果忽略自感电动势和电路损耗，则冋路方程为e2=i2

7、R2+UB式中/2为感生电流，U为积分电容C两端电压，设在At时间内，i2向电容(：2的充电电量为Q，则=碧AS2=i2R24■舍如果选取足够大的R2和C，使i2R2》Q/C，则7.=dQ=cdUBdtdt•••82=C2R2dUdt由(2)、(3)两式可得N2S(4)上式中C、R2、n和S均为已知常数。所以由UB可确定B。综上所述，将图5屮的11„和UB分别加到示波器的“X输入”和“Y输入”便可观察样品的B—H曲线；如将UH和仏加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度Bs、剩磁R,、矫顽力lb、磁滞损耗〔WB11)以及磁导率等参数。【实验内容31.川示波器观察两

8、种试样的磁滞回线。首先对试样进行退磁，方法是将励磁电压从0V増加到3V,然后再逐步增加到0V。比较软硬磁材料的特性。2.测景试样的磁性参数(1)测绘P曲线和基本磁化曲线首先对试样退磁，励磁电压分别取0.5、1.0、1.2、1.5、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0V，测g相应的扎和Bm。计算u-H曲线和基木磁化曲线。(2)测定试样的Bm、Br、He、［B*H］参数试样退磁后，令励磁电压为3V。取样电阻R1为2.5'Q。记录内容2中的H和B值，川坐标值绘制曲线，并求岀Bm、Br、Hc和磁滞损耗［B州］。并估算曲线而积