霍爾法測(cè)量鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線

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1、示范報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱霍爾法測(cè)量鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線一.目的與要求1.了解產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的機(jī)理。2.了解用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的原理和基本方法3.認(rèn)識(shí)鐵磁物質(zhì)的磁化規(guī)律，測(cè)定樣品的磁化曲線。4.測(cè)繪樣品的磁滯回線，測(cè)定樣品的Hc、Br、Hm、Bm二.原理1.鐵磁材料的磁化及磁導(dǎo)率鐵磁物質(zhì)的磁化過程很復(fù)雜，這主要是由于它具有磁滯的特性。一般都是通過測(cè)量磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度Ｈ和磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ之間的關(guān)系來(lái)研究其磁性規(guī)律的。圖1起始磁化曲線和磁滯回線當(dāng)鐵磁物質(zhì)中不存在磁化場(chǎng)時(shí)，Ｈ和Ｂ均為零，即圖１中Ｂ～Ｈ曲線的坐標(biāo)原點(diǎn)０。隨著磁化場(chǎng)Ｈ的增加，Ｂ也隨之增加，但兩者之間不是線

2、性關(guān)系。當(dāng)Ｈ增加到一定值時(shí)，Ｂ不再增加（或增加十分緩慢），這說明該物質(zhì)的磁化已達(dá)到飽和狀態(tài)。Ｈm和Ｂm分別為飽和時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度（對(duì)應(yīng)于圖中ａ點(diǎn)）。如果再使Ｈ逐漸退到零，則與此同時(shí)Ｂ也逐漸減少。然而Ｈ和Ｂ對(duì)應(yīng)的曲線軌跡并不沿原曲線軌跡ａ０返回，而是沿另一曲線ａｂ下降到Ｂr，這說明當(dāng)Ｈ下降為零時(shí)，鐵磁物質(zhì)中仍保留一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁滯，Ｂr稱為剩磁。將磁化場(chǎng)反向，再逐漸增加其強(qiáng)度，直到Ｈ＝－Ｈc，磁感應(yīng)強(qiáng)度消失，這說明要示范報(bào)告消除剩磁，必須施加反向磁場(chǎng)Ｈc。Ｈc稱為矯頑力。它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀態(tài)的能力。圖１表明，當(dāng)磁場(chǎng)按Ｈm→０→

3、－Ｈc→－Ｈm→０→Ｈc→Ｈm次序變化時(shí)，Ｂ所經(jīng)歷的相應(yīng)變化為Ｂm→Ｂr→０→－Ｂm→－Ｂr→０→Ｂm。于是得到一條閉合的Ｂ～Ｈ曲線，稱為磁滯回線。所以，當(dāng)鐵磁材料處于交變磁場(chǎng)中時(shí)（如變壓器中的鐵心），它將沿磁滯回線反復(fù)被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此過程中要消耗額外的能量，并以熱的形式從鐵磁材料中釋放，這種損耗稱為磁滯損耗?？梢宰C明，磁滯損耗與磁滯回線所圍面積成正比。2.Ｂ～Ｈ曲線的測(cè)量方法將待測(cè)的鐵磁材料做成環(huán)形樣品，繞上一組線圈，在環(huán)形樣品的中間開一極窄的均勻氣隙，在線圈中通以勵(lì)磁電流，則鐵磁材料即被磁化，氣隙中的磁場(chǎng)應(yīng)與鐵磁材料中的磁場(chǎng)一致

4、。如果樣品截面的線度與氣隙的寬度比例恰當(dāng)，則氣隙中有一定區(qū)域的磁場(chǎng)是均勻的。若在線圈中通過的電流為I，則磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為NH=Il其中N為磁化線圈的匝數(shù)，l為樣品平均磁路長(zhǎng)度。變化通電線圈中的勵(lì)磁電流，磁場(chǎng)強(qiáng)度H也作相應(yīng)的變化，用特斯拉計(jì)測(cè)得氣隙中均勻磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與H的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即能得到該鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線，從中測(cè)得剩磁、矯頑力及飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度等表征鐵磁材料基本磁特性的物理量三.儀器HM–1霍爾法磁化曲線與磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀，其中包括：SXG–2000數(shù)字式毫特計(jì)（實(shí)驗(yàn)儀的右側(cè)），量程2000mT；IS600恒流電源（實(shí)驗(yàn)儀的左側(cè)）

5、，可調(diào)恒定電流0~600.0mA；實(shí)心鐵芯樣品（繞有2000匝勵(lì)磁線圈，截面長(zhǎng)2.00cm、寬2.00cm，氣隙間隔2.0mm，樣品的平均磁路長(zhǎng)度為24.00cm）四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.鐵磁材料磁隙磁場(chǎng)分布的測(cè)量和樣品退磁樣品氣隙中的磁場(chǎng)分布與橫向位置X有關(guān)，測(cè)試時(shí)，應(yīng)將毫特計(jì)的霍爾探頭置于磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值的均勻區(qū)域內(nèi)。我們可以測(cè)量樣品中剩磁的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與X的關(guān)系，來(lái)確定測(cè)試磁化曲線和磁滯回線時(shí)探頭的放置位置。轉(zhuǎn)動(dòng)霍爾探頭支架上的鼓輪，將探頭平行地插入氣隙，注意不能與樣品接觸。線圈通以示范報(bào)告一定的直流電流，用毫特計(jì)沿X方向等間隔（1.0mm）測(cè)出磁場(chǎng)

6、分布，以均勻區(qū)域內(nèi)最大值處為測(cè)量點(diǎn)。由于鐵磁材料中有剩磁存在，在測(cè)量磁化曲線和磁滯回線前必須對(duì)樣品進(jìn)行退磁處理。在測(cè)量點(diǎn)，將勵(lì)磁電流調(diào)到600mA，然后減小到零，再把電流反向，調(diào)到600mA，然后也調(diào)到零。這樣，不斷改變電流方向，同時(shí)逐漸減小勵(lì)磁電流的大小，重復(fù)上述過程直至毫特計(jì)示值為零，退磁完成。2.起始磁化曲線的測(cè)量。勵(lì)磁電流I以50mA為間隔從零開始逐漸增加，直至磁感應(yīng)強(qiáng)度B趨向飽和，即測(cè)得起始磁化曲線。3.磁滯洄線的測(cè)量。為了得到一個(gè)中心對(duì)稱而穩(wěn)定的磁滯回線，在測(cè)量磁滯回線之前必須對(duì)樣品進(jìn)行反復(fù)磁化，稱為磁鍛煉。磁鍛煉是這樣實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)測(cè)量起始磁化

7、曲線B增加得十分緩慢（即達(dá)到飽和狀態(tài)）時(shí)，勵(lì)磁電流Im，保持Im不變，把雙刀換向開關(guān)來(lái)回?fù)軇?dòng)10次即可。在拉動(dòng)開關(guān)時(shí)，觸點(diǎn)從接觸到斷開的時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)些。磁鍛煉后就可以測(cè)量磁滯回線。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流從飽和電流Im開始，每隔50mA減小到零，然后雙刀換向開關(guān)將電流換向，電流反向從零增加（每隔50mA）到–Im，這樣使勵(lì)磁電流I經(jīng)Im→0→-Im→0→Im變化（每隔50mA），記錄相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值。由勵(lì)磁電流I可得到H。在直角坐標(biāo)紙上作鐵磁材料樣品的起始磁化曲線和磁滯回線，讀出該樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm、矯頑力HC以及剩磁Br。由于H數(shù)據(jù)有效數(shù)字比較多，在直角坐

8、標(biāo)紙上畫出B~H曲線不易，我們可以作B~I曲線，二者變化規(guī)律相同，同樣在圖上可讀