鐵芯磁化曲線

鐵磁物質是一種性能特異、用途廣泛的材料。如航天、通信、自動化儀表及控制等都無不用到鐵磁材料(鐵、钴、鎳、鋼以及含鐵氧化物均屬鐵磁物質)。因此，研究鐵磁材料的磁化性質，不論在理論上，還是在實際應用上都有重大的意義。本實驗使用單片機采集數據，測量在交變磁場的作用下，兩個不同磁性能的鐵磁材料的磁化曲線和磁滞回線。

1、鐵磁材料的磁化及磁導率

    鐵磁物質的磁化過程很複雜，這主要是由于它具有磁滞的特性。一般都是通過測量磁化場的磁場強度H和磁感應強度B之間的關系來研究其磁性規律的。

    當鐵磁物質中不存在磁化場時，H和B均為零，即圖20—1中B～H曲線的坐标原點0。随着磁化場H的增加，B也随之增加，但兩者之間不是線性關系。當H增加到一定值時，B不再增加(或增加十分緩慢)，這說明該物質的磁化已達到飽和狀态。Hm和Bm分别為飽和時的磁場強度和磁感應強度。如果再使H逐漸退到零，則與此同時B也逐漸減少。然而H和B對應的曲線軌迹并不沿原曲線軌迹a0返回，而是沿另一曲線ab下降到Br，這說明當H下降為零時，鐵磁物質中仍保留一定的磁性，這種現象稱為磁滞，Br稱為剩磁。将磁化場反向，再逐漸增加其強度，直到H=-Hc，磁感應強度消失，這說明要消除剩磁，必須施加反向磁場Hc。Hc稱為矯頑力。它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀态的能力。圖20—1表明，當磁場按Hm→0→-Hc→-Hm→0→Hc→Hm次序變化時，B所經曆的相應變化為Bm→Br→0→-Bm→-Br→0→Bm。于是得到一條閉合的B～H曲線，稱為磁滞回線。所以，當鐵磁材料處于交變磁場中時(如變壓器中的鐵心)，它将沿磁滞回線反複被磁化→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，這種損耗稱為磁滞損耗。可以證明，磁滞損耗與磁滞回線所圍面積成正比。

    應該說明，對于初始态為H=0，B=0的鐵磁材料，在交變磁場強度由弱到強依次進行磁化的過程中，可以得到面積由小到大向外擴張的一簇磁滞回線，如圖20—2所示。這些磁滞回線頂點的連線稱為鐵磁材料的基本磁化曲線。由此可近似确定其磁導率μ=B/H。因B與H非線性，故鐵磁材料的μ不是常數，而是随H而變化，如圖20—3所示。在實際應用中，常使用相對磁導率μr=μ/μ0。μ0為真空中的磁導率，鐵磁材料的相對磁導率可高達數千乃至數萬，這一特點是它用途廣泛的主要原因之一。