實驗講義
鐵磁材料按特性分硬磁和軟磁兩大類，鐵磁材料的磁化曲線和磁滯迴線，反映該材料的重要特性，也是設計選用材料的重要依據。
一：實驗目的：
1． 認識鐵磁材料的磁化規律，比較兩種典型鐵磁物質的動態磁特性。
2． 測定樣品的基本磁化特性曲線(bm-hm曲線)，並作μ—h曲線。
3． 測繪樣品在給定條件下的磁滯迴線，以及相關的hc ，br ，bm ，和[h b ]等引數。
二：實驗原理：
鐵磁物質是一種效能特異，在現代科技和國防上用途廣泛的材料。鐵，鈷，鎳及其眾多合金以及含鐵的氧化物（鐵氧體）均屬鐵磁物質。其特徵是在外磁場作用下能被強烈磁化，磁導率μ 很高。
另一特性是磁滯，即磁場作用停止後，鐵磁材料仍保留磁化狀態。圖一為鐵磁物質的磁感應強度β與磁場強度h之間的關係曲線b
(bm)bs s
r b
c a h
-hs -hc 0 hc hs
(hm)
rˊ-br
sbm圖一鐵磁物質的起始磁化曲線和磁滯迴線
圖中的原點。表示磁化之前鐵磁物質處於磁中性狀態，即b=h=o 。當外磁場h從零開始增加時，磁感應強度b隨之緩慢上公升，如線段落0a所示；繼之b隨h迅速增長，如ab段所示；其後，b的增長又趨緩慢；當h值增至hs 時，b 的值達到 bs ，在s點的bs和hs，通常又稱本次磁滯迴線的bm和hm。
曲線oabs段稱為起始磁化曲線。
當磁場從hs逐漸減少至零時，磁感應強度b並不沿起始磁化曲線恢復到o點，而是沿一條新的曲線sr下降，比較線段os和sr，我們看到：h減小，b也相應減小，但b的變化滯後於h的變化，這個現象稱為磁滯，磁滯的明顯特徵就是當h=0時，b不為0，而保留剩磁br。
當磁場反向從o逐漸變為-hc時，磁感應強度b=o，這就說明要想消除剩磁，必須施加反向磁場，hc稱為矯頑力。它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀態的能力，線段rc稱為退磁曲線。
圖一還表明，當外磁場按hs →0→-hc→-hs →0 → hc→ hs次序變化時，相應的磁感應強度則按閉合曲線srcs』r』c』s變化時，這閉合曲線稱為磁滯迴線。所以，當鐵磁材料處於交變磁場中時（如變壓器鐵心），將沿磁滯迴線反覆被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁，由於磁疇的存在，此過程要消耗能量，以熱的形式從鐵磁材料中發布。這種損耗稱為磁滯損耗，可以證明，磁滯損耗與磁滯迴線所圍面積成正比。
當初始態為h=b=o的鐵磁材料，在峰值磁場強度h由弱到強的交變磁場作用下磁化，可以得到面積由小到大向外擴張的一組磁滯迴線，如圖二所示。
這些磁滯迴線頂點的連線稱為該鐵磁材料的基本磁化曲線。由此，可近似確定其磁導率 μ＝b/h 因b與h是非線性關係，所以鐵磁材料的磁導率 μ不是常數，而是隨h而變化，如圖三所示。鐵磁材料的磁導率可高達數千至數萬，這一特點使它廣泛地用於各個方面。
h圖二同一鐵磁材料的一組磁滯迴線圖三鐵磁材料基本磁化曲線和μ--h關係曲線
磁化曲線和磁滯迴線是鐵磁材料分類的主要依據，圖四為常見的幾種典型的磁滯迴線。其中，磁滯迴線寬者，為硬磁材料，適用製造永磁體，其矯頑力大。剩磁強，如釹鐵硼合金。
磁滯迴線細而窄者，為軟磁材料，矯頑力，剩磁和磁滯損耗均較小，是製造變壓器、電機和交流電磁鐵的主要材料。磁滯迴線如矩形者，矯頑力小，剩磁大b
適於做記憶材料。如磁環、磁膜，廣泛地應用於高科矩
技行業。 軟
硬 h
圖四不同鐵磁材料的磁滯迴線
觀察和測量磁滯迴線和基本磁化曲線的線路如圖五所示。
待測樣品有兩種，為e型的鋼片形式。n為勵磁繞組匝數，n為測量磁感應強度b所用的測量繞組匝數。r1為勵磁電流限流電阻，同時也是輸出uh的取樣電阻。
設通過勵磁線圈的勵磁電流為i1，則根據安培環路定律，樣品的磁化場強為，（在任意時刻）
∮hdl=σi
∴ h= i1n/l
∵ i1=u1/r1
l為樣品的平均磁路長度
∴ h=(n/lr1)u1
所以，我們可以通過測量u1，計算出場強h。
在交變磁場作用下，樣品的磁感應強度值b瞬時值是由測量繞組n和r2、c2電路來給定。根據法拉第電磁感應定律，由於測量繞組中磁通變化，在測量線圈中產生的感生電動勢的大小為：
ε2==n dφ/dt
根據磁感應強度定義：
b=φ/s
b=(1/ns)∫ε2 dt
其中s為樣品的橫截面積。
在測試迴路中；根據基爾霍夫定律有
2=i2r2+u2+i2r-l2di2/dt
式中r為測試線圈內阻，l2為測試線圈自感。
測試線圈的自感和內阻都很小，我們把它們忽略，則迴路方程為：
2=i2r2+u2
u2=q/c2
由於我們選用的r2和c2都比較大，
而 i2r2 和 q/c2 相比較, i2r2>> q/c2
所以又把迴路方程近似為：
ε2=i2r2
而 i2=c2du2/dt
所以 ε2=r2c2du2/dt
由得出b=（r2c2/ns）u2 。。。。。⑷
所以，測得u2，便可計算出b。
綜上所述，我們將u1、u2加到示波器的x、y輸入端上，便可看到樣品的磁滯迴線（b-h線）加到測試儀上，可對樣品的磁滯迴線多點取樣測定，並計算出此測試條件下的飽和磁感應強度bm，剩磁br，矯頑力hc和磁滯損耗［bh］。及磁導率。
三、實驗內容
1．電路連線：在實驗儀上選定乙個樣品，按實驗儀機箱上所給定的電路圖連線線路，把r1選擇調到2.5ω，u選擇調節到0，uh和ub分別連線到示波器的通道1（ch1 x）和通道2（ch2 y）端子。
插孔⊥為公共。將示波器的time/div旋鈕反時針旋到底（x-y）檔。
2．樣品退磁：開啟實驗儀電源，對試樣進行退磁。即順時針轉動「u選擇」旋鈕，令u從0增加到3v，然後再反時針方向轉動，將u從最大值3v減到0，目的是消除剩磁，使測試樣品處於磁中性狀態。
即b=h=0，如圖六所示。
3、觀察磁滯迴線：開啟示波器電源，適當調節光點的亮度（inten）和聚焦（focus），使光點清晰，同時調節光點的水平位置和ch2的垂直位置，使光點位於座標網格的中心。令u=2.
2v，分別適當調節ch1和ch2的靈敏度（volts/div）使顯示屏上出現大小適當的磁滯迴線，若滯迴線頂部出現編織狀小環（如圖上所示），可以適當降低勵磁電壓予以消除。
4觀察、比較樣品1和樣品2的磁滯迴線。請注意，在將測試線路從乙個樣品移向另乙個樣品時，請關閉測試電源。接入樣品後，首先應退磁。
5測繪樣品的曲線，關閉示波器和實驗儀電源，撤去示波器，輸入探筆，將實驗儀的y
（ub）， 和ｘ（ｕｈ）同測試儀的三個相應端子用給定的粗線連線起來，開啟電源，對樣品退磁，依次測定u=0.5v、1.0v……、3.
0v的10組hm和bm值（使用測試議的功能7做測試，使用功能11顯示）填入表一，計算出μ 值，用座標紙畫出基本磁化曲線b-h曲線和μ –h線。
6、 令u=3.0v、r=2.5，先退磁，使用測試儀的功能7做一次給定條件下的磁滯迴線測試，用功能8，讀出本次測試中近300個點的b，h值，記入表一，並用功能11讀出bm,用功能9讀出本次磁滯迴線的hc和br，用功能10 讀出本次磁滯迴線的磁滯損耗[hb]，填入表二,填表時請注意所使用的倍數。
記下所用倍數代號和倍數值。
7、根據步驟6中所測得的b、h值用座標紙繪製出磁滯迴線(b-h曲線)，如何取數，取多少個數，請自行考慮。
四、實驗記錄
表一、基本磁化曲線（bm-hm曲線）和μ－h曲線。
測試條件樣品號儀器號：
單位hb
表二磁滯迴線
測試條件： ur1=
測試樣品號： 儀器編號：
所用倍數**倍數及單位： h： b：
hcbrbmhb]=
鐵磁材料的磁滯迴線和基本磁化曲線
鐵磁物質是一種效能特異，用途廣泛的材料。鐵 鈷 鎳及其眾多合金以及含鐵的氧化物 鐵氧體 均屬鐵磁物質。鐵磁材料的效能需通過相關曲線及有關引數進行了解，以便根據不同的需要合理地選取鐵磁材料。本實驗主要學習鐵磁材料有關曲線的描繪方法及材料引數的測量方法。1 認識鐵磁物質的磁化規律，比較兩種典型的鐵磁物質...
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