苏州大学如家-林黛玉进贾府教学设计
实
验
名
称
：
用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线
姓
名
学
号
班
级
评
分
桌
号
教
室
基础教学楼
1201
实验日期
20
年
月
日
节
此实验项目教材没有相应内容，请做实验前仔细阅读本实
验报告！并
携带计算器，否则实验无法按时完成！
一、实验目的：
1
、掌握磁滞、磁滞回线、磁化曲线、基本磁化曲线、矫顽力、剩磁 、和磁导率的的概念。
2
、学会用示波法测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。
3
、
根据磁滞回线测定铁磁材料在某一频率下的饱和磁感应强度
B s
、
剩磁
Br
和矫顽力
Hc
的数值。
4
、研究磁滞回线形状与频率的关系；并比较不同材料磁滞回线形状。
二、实验仪器
1.
双踪示波器
2.
DH4516C
型磁滞回线测量仪
石家庄铁道大学物理实验中心
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《
用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线
》
三、实验原理
（一）铁磁物质的磁滞现象
铁磁性物质除了
具有高的磁导率外，另一重要的特点就是磁滞。以下是关于磁滞的几个重
要概念
1
、饱和磁感应强度
B
S
、饱和磁场强度
H
S
和磁化曲线
铁磁材料未被磁化时，
H
和
B
均为零。这时若在铁磁材料上加一个由小到大的磁化场，则
< p>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
（
OS
）
曲线所
示。到
S
后，
B
几乎不随
H
的增 大而增大，此时，介质的磁化达到饱和。与
S
对应的
H
< p>S
称饱
和磁场强度，相应的
B
S
称饱和磁感应强度。我们称曲线
OS
为磁性材料的磁化曲线。
B
B
B
～
H
μ
S
< br>
f
e
d
～
H
H
H
图
1
磁性材料的磁化曲线
图
2
磁滞回线和磁化曲线
2
、
磁滞现象、剩磁、矫顽力、磁滞回
线
当铁磁质磁化达到饱和后，如果使
H
逐步退到零，
B
也逐渐减小，但
B
的减小“跟不上”
H
的减小（
B
滞后于
H
）。即：其轨迹并不沿原曲线
SO
，而是 沿另一曲线
Sb
下降。当
H
下降为零
时，
B
不为零，而是等于
B
r
，说明铁磁物质中，当磁化场退为零后仍保留一定的磁性。这种现
象叫磁滞现象，
B
r
叫剩磁
。
若要完全消除剩磁
B
r
，必须加反向磁场，
当
B
=0
时磁场的值
H
c
为铁
磁质的矫顽力。
当反向磁场继续增加 ，铁磁质的磁化达到反向饱和。反向磁场减小到零，同样出现剩磁现
象。
不断地正向或反向缓慢改变磁场，
磁化曲线成为一闭合曲线，这个闭合曲线称为磁滞回线，
如图
2
所示。
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用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线
》
3
、基本磁化曲线
对于同一铁磁材料，设开始时呈去磁状态，依次选取磁化电流
I
1
、
I
2
、
…
.I
n
，则相应的磁
场强度为
H
1
、
H
< p>2
、
…
.H
3
，在每一磁化电流下反复交换电流方向（称为磁锻炼），即在每一个选
定的磁场值下，使其方向反复发生几次变化（如
H
1
< br>→
- H
1
→
H
1
→
- H
1
< br>…
.
），这样操作的结果，
是在每一个电流下都将
得到一条磁滞回线，最后，可得一组逐渐增大的磁滞回线。我们把原点
O
和各个磁滞回线的顶点
a
1
、
a
2
、
…
.
所连成 的曲线称为铁磁材料的基本磁化曲线，
如图
3
所示。
图
3
基本磁化曲线
（二）利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线测量原理
1
、示波器显示
B
—
H
曲 线原理线路
由上述磁滞现象可知，要观测磁介质磁滞 现象及相应的物理量，需要根据磁化过程测定
材料内部的磁场强度和磁感应强度。因此，
测量装置必须具备三个功能：
①
提供使样品磁化的可调强度的磁场（磁化场）
②
可跟踪测量与磁化场有一一对应关系的样品的磁感应强度
③
可定量显示样品的磁化过程
图
4
磁滞回线的测量原理图
图
4
是利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线测量装置原理图：首先将 待测的铁磁物质制
成一个环形样品，在样品上绕有原线圈即励磁线圈
N< /p>
1
匝，由它提供磁化场；在样品上再绕副线
圈即测量线圈
N
2
匝，由它来跟踪测量与磁化
场有一一对应关系的样品的磁感应强度；由示波器
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用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线
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来定量显示磁化过程。
如图
4
，设
L
为环形样品的平均磁路长度，若在线圈
N< /p>
1
中通过励磁电流
I
1<
/p>
时，此电流在样
品内产生磁场，磁场强度
H
的大小根据安培环路定律
:
，
即：
I
1
R
1<
/p>
两端电压
U
1
为：
U
1
=
I
1
R
1
=
H (1)
由（
1
）式可知，若将电压
U
1
输
入示波器
X
偏转板时，示波器上任一时刻电子束在
X
< p>轴的偏转正比
于磁场强度
H
。
为了追踪测量样品内的磁感应强度
B,
在截面面积为
S
的样品中缠绕副线圈
N
2
< br>，
B
可通过副线圈
N
2<
/p>
中由于磁通量变化而产生的感应电动势
ε
来测定。根据电磁 感应定律：
即：
ε
=-
)
B=-
为了获得与<
/p>
B
相关联的电压数值（因示波器只接收电压），在副线圈上串联一个电阻
< p>R
2
与电容
C
，电 阻
R
2
与电容
C
构成一个积分电路，此时
ε
=iR
2
+U
c
(i
为感生电流，
U
c
为积分电容两端电压
)
，适< /p>
当选择
R
2
与电容
C
，使
R
2
则电容两端的电压
Uc
为：
Uc=
(2)
由（
2
）式可知，若将电压< /p>
Uc
输入示波器的
Y
偏转板，示波器上任一时刻电子 束在
Y
轴的偏转正
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用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线
》
比于样品中的磁感应强度
B
。
这样，当示波器处于
X-Y
状态，
X
偏转板接
U
1
，
Y
< p>偏转板接U
c
，示波器屏上即可显示磁化过
程。
2
、示波器的定标
为了定量研究磁化曲线、磁滞回线，必须对示波器定标。即：确定示波器的
X
轴的每格代表多
少
H
值
(A/m)
，
Y
轴每格代表多少
B(T)
。< /p>
在示波器
X
偏转板上
U< /p>
X
、
Y
偏转板
U< /p>
Y
可准确测量，且
R
1<
/p>
、
R
2
、
C
都为已知的标准元件的情况下，设
S
x
为示波器
X
轴的电压灵敏度
, X
为水平方向的位移格数；
S
Y
为示波器
Y
轴的电压灵敏度，
Y
为垂
直方向的位移格数；则：
U
X
=S
x
X
；
U
Y
=S
Y
Y
(3)
将（
3
）代入（
1
）、（
2
）得：
H=
(4)
B=
(5)
四、实验内容
(
一
)
熟悉示波器并测量信号源输出信号的周期
1
、实验前准备
①将“动态法
磁滞回线实验仪”频率输出调节为
100Hz
，幅度值适中；
< /p>
②示波器处于测量信号波形状态，使示波器辉度适中；调节
X
、
Y
位移旋钮使光点居中
③用标准信
号校准示波器
X
、
Y
轴灵敏度旋钮，（
< p>注意：三个微调旋钮逆时针旋到底）
请在下图中画出信号源输出信号的波形图，并计算其周期：
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