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铁芯磁化曲线

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铁芯磁化曲线

发布日期:2019-03-05 作者: 点击:

铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。如航天、通信、自动化仪表及控制等都无不用到铁磁材料(铁、钴、镍、钢以及含铁氧化物均属铁磁物质)。因此,研究铁磁材料的磁化性质,不论在理论上,还是在实际应用上都有重大的意义。本实验使用单片机采集数据,测量在交变磁场的作用下,两个不同磁性能的铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线。

1、铁磁材料的磁化及磁导率

    铁磁物质的磁化过程很复杂,这主要是由于它具有磁滞的特性。一般都是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来研究其磁性规律的。

    当铁磁物质中不存在磁化场时,H和B均为零,即图20—1中B~H曲线的坐标原点0。随着磁化场H的增加,B也随之增加,但两者之间不是线性关系。当H增加到一定值时,B不再增加(或增加十分缓慢),这说明该物质的磁化已达到饱和状态。Hm和Bm分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度。如果再使H逐渐退到零,则与此同时B也逐渐减少。然而H和B对应的曲线轨迹并不沿原曲线轨迹a0返回,而是沿另一曲线ab下降到Br,这说明当H下降为零时,铁磁物质中仍保留一定的磁性,这种现象称为磁滞,Br称为剩磁。将磁化场反向,再逐渐增加其强度,直到H=-Hc,磁感应强度消失,这说明要消除剩磁,必须施加反向磁场Hc。Hc称为矫顽力。它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力。图20—1表明,当磁场按Hm→0→-Hc→-Hm→0→Hc→Hm次序变化时,B所经历的相应变化为Bm→Br→0→-Bm→-Br→0→Bm。于是得到一条闭合的B~H曲线,称为磁滞回线。所以,当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心),它将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量,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,磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

    应该说明,对于初始态为H=0,B=0的铁磁材料,在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化的过程中,可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线,如图20—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。由此可近似确定其磁导率μ=B/H。因B与H非线性,故铁磁材料的μ不是常数,而是随H而变化,如图20—3所示。在实际应用中,常使用相对磁导率μr=μ/μ0。μ0为真空中的磁导率,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。



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