实验3 -13 铁磁物质磁化特性曲线的测定
铁磁物质的磁化曲线，是指给予它的不同的磁化场H与相应而生的随磁化场而改变的磁感应强度B之间的关系曲线，即B-H曲线。
影响铁磁物质的磁化曲线的因素很多。材料的杂质含量、晶体结构、加工方式、外界温度、内部的应力以及磁化历史等都会对磁化特性产生影响。由于影响磁化特性的因素很多，因此B-H的关系就特别复杂。直至今天，人们还未从理论上定量描述、确定磁化曲线的分析表达式。于是人们就用实验的方法来测定其磁化曲线。
【实验目的】
1．了解铁磁物质的基本磁化特性。
2．掌握铁磁物质磁化特性曲线的测量方法。
【仪器用具】
1．冲击电流计。
2．标准互感器：0.05H，额定电流0。15A。 3．螺绕环。
4．多量程的直流安培计：0.1／0.3…15／30A。
5．滑线电阻器。
6．转盘电阻箱：0.1～9999.9Ω. 7．晶体管稳压电源：0～30V,0～5A. 8．单相调压变压据。 9．交流安培计。
【实验原理】
1．H、B的测量原理
如图3-13-1所示，T为一铁环，其横截面的半径为r．环的半径为R，且有2πR＝L＞＞r。在铁环上均匀、紧密地绕满N1匝线圈，这就构成一个为铁心所充满的螺绕环。如果线圈通过电流I，则铁心中的磁场强度可根据安培环路定律得出：
HN1I （3-13-1） L铁心中的磁感应强度B可用冲击法测量。为获取磁通量的变化量以测量B，特在磁环
上绕了N2匝副线圈。 2．起始磁化曲线
铁磁质从没有被磁化的状态（即H＝0时。铁磁质的B＝0）开始，从零单调地增大磁场H，求出相对应的B，这样测绘出来的曲线称为起始磁化曲线，如图 3-13-2所示。由图可见，铁磁
质的B与H之间存在着非线性的关系。
3．“磁锻炼”过程获得闭合磁滞回线 （注：图 3-13-3中b点处加Br） 如图 3-13-3所示。铁磁材料除了具有高的导磁率外，另一重要的特点就是磁滞。当材料磁化时，磁感应强度不仅与当时的磁场强度H有关．而且与以前的磁化状态有关。曲线
Oa表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，磁感应强度B随H增加，称为磁化曲线。当H增加到某一值Hm时，B的增加将极缓慢。和前段曲线相比，可看成B不再增加，即达到磁饱和。磁性材料磁化后，如使H减小，B将不沿原路退回，而是沿另一条曲线ab下降。当H＝0时，B＝Br (表现出滞后现象)，这时的Br称作剩余磁感应强度。只有磁化场反向加到一定值HC时，磁感应强度B才为零，Hc称为矫顽力。按照Hc的大小，可把磁性材料分为两类，Hc较高的称为硬磁材料，反之称为软磁材料。如果反向使磁
化场达到Hm，再逐渐减小到零，然后再从零增至Hm，B将随H而变化，从而形成一条磁滞回线。要注意的是：反复磁化(Hm→－Hm→Hm)的开始几个循环内，每个循环B和H不一定沿相同的路径进行，只有经过十几个反复磁化(称为“磁锻炼”)以后，每次循环的回路才相同，形成一个稳定的磁滞回线。只有经“磁锻炼”后所形成的磁滞回线，才能代表该材料的磁滞性质，这时的Br、Bm、Hc、Hm才称为定值。
4．基本磁化曲线及其测量 图 3-13-4中的第一闭合磁滞回线(围最小面积的线圈)的顶点a1所代表的磁状态是由I = I1所激励的。当然a1是磁锻炼后的磁状态。
同理，a2为I＝I2所激励的磁锻炼后的磁状态……am是I＝Im时所对应的磁锻炼后的饱和状态。
用前述1的原理分别测出a1 (H1，B1)，a2 (H2，B2)，…am (Hm，Bm)各点，然后把它们连接成如图 3-13-4所示的曲线，这根曲线便是本实验要测的基本磁化曲线。 应该指出：
(1)由于所要测量的具体磁状态（例如a2点）还与状态变化以前的“历史”有关，这就要求在测量曲线的操作过程中，其磁化电流只能按照相应的变化规律变化。
(2)由于磁化状态与温度有关，在测量系列点a1，a2，…am的过程中，螺绕环的温度随
着通电时间的长短和电流大小而变化，因而其磁状态也会受温度变化的影响。为减小这种影 响带来的测量误差，最好是只在磁锻炼和测量B之时才给螺绕环通电。
要做到以上两点，操作K2、K3必须得法(图 3-13-5)。
5．去磁（退磁）
考虑到铁磁质有剩磁效应，而测基本磁化曲线时要求测量前必须使铁磁质处在H＝0、B=0测基本磁化曲线之前，必须设法对铁磁质进行“去磁”，以便使它处在无磁状态。
去磁的过程如下：将铁磁质放在方向不断交替变更、数值连续减小直至为零的磁场中，这一过程使得剩磁逐渐减小直至完全消失，对应的磁状态变化过程亦随之完全消失。
只要把螺绕环的原线圈N1通以50Hz交流电，并使其电流值由Im(3.0A)逐渐减小至零，便可实现上述的去磁。
去磁电路如图 3-13-6所示。去磁的具体操作方法如下：将图3-13-6中的调压变压器的输出电压由零逐渐增大，使安培计的电流由零逐渐增至3.0A，然后使输出电压逐渐减小至零(电流随之减小至零值)。
【实验步骤】
1． 接好图3-13-5的测量电路。把仪器调整
到待测安全态。
2． 初步观测G的偏转情况，以检验仪器和电路是否正常工作。为此：
(1) 把K1接至B侧，调节E的输出值，使流过M的原线圈Ⅰ的电流强度为M的电流额定值0.13A)，然后把K3反向，观测G的偏转，其φm0应在10cm范围内。
(2) 把K1接至A侧，调节E的输出值，使流过N1的电流为小1.5A，然后把K2反向，观测G的偏转，其φm0应在15～22cm范围内。
3． 把螺蜕绕环换接在 图 3-13-6中，对它进行退磁。退磁的最大电流不大于3.0A。 4． 测量I0及其相对应的φm0 (Kl接至B侧)。所取I0略小于或等于M的额定电流值(0.13A)。
5． 依次测量a1，a2…am。各点所需要选取的I值和所对应的φm值(Kl接至A侧)。所需选取的I值分别为Il＝0.1A，I2＝0.2A，…，Im＝1.5A。为了防止一接通电源电流就很大(远大于0.1A)，应在做第5步的开始、接通I之前，先把电源E的输出电压调至最小。 6． 记录M值和螺绕环的有关参数值，算出Hl，H2，…，Hm和B1，B2，…，Bm的
值(B的计算可根据B【思考题】
MI0m式算出。列出表格，用坐标纸绘制基本磁化曲线。
NSm0 1． 在图 3-13-5中的电路中，采用了什么器件和方法使得流过螺绕环的电流方向可以 改换，而流过安培计的电流方向保持不变?
2． 图 3-13-5中，K2有哪两种操作功能?这两种功能实际上是通过K2改变什么来实现的?
3． 应用“冲击电流计测△B来测B”的原理，把图 3-13-5电路中的R1改换成三个不同规格〔全阻值不同，额定电流不同)的滑线电阻相串联，并分别配上能使其短路的开关，就可用此电路测量闭合磁滞回线。想一想．其测量方法是怎样的?
修改意见：（1）本实验用的冲击电流计几乎没有学校再用，本实验是否该编入或用别
的实验代替，请你和赵商量决定
（2）如保留，则应补充冲击电流计测电流原理，否则φm0、φm因无定义而不
知是什么。
（3）公式中除三角函数，单位外的字母该用斜体，文字中的字母也同样。
