鐵磁物質(zhì)是一種性能特異、用途廣泛的材料。如航天、通信、自動(dòng)化儀表及控制等都無(wú)不用到鐵磁材料(鐵、鈷、鎳、鋼以及含鐵氧化物均屬鐵磁物質(zhì))。因此，研究鐵磁材料的磁化性質(zhì)，不論在理論上，還是在實(shí)際應(yīng)用上都有重大的意義。本實(shí)驗(yàn)使用單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，測(cè)量在交變磁場(chǎng)的作用下，兩個(gè)不同磁性能的鐵磁材料的磁化曲線(xiàn)和磁滯回線(xiàn)。

1、鐵磁材料的磁化及磁導(dǎo)率

    鐵磁物質(zhì)的磁化過(guò)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(guò)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。

    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20—1中B～H曲線(xiàn)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(xiàn)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(shuō)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。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(xiàn)軌跡并不沿原曲線(xiàn)軌跡a0返回，而是沿另一曲線(xiàn)ab下降到Br，這說(shuō)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(chēng)為磁滯，Br稱(chēng)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(shuō)明要消除剩磁，必須施加反向磁場(chǎng)Hc。Hc稱(chēng)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20—1表明，當(dāng)磁場(chǎng)按Hm→0→-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(xiàn)，稱(chēng)為磁滯回線(xiàn)。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(xiàn)反復(fù)被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此過(guò)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(chēng)為磁滯損耗。可以證明，磁滯損耗與磁滯回線(xiàn)所圍面積成正比。

    應(yīng)該說(shuō)明，對(duì)于初始態(tài)為H=0，B=0的鐵磁材料，在交變磁場(chǎng)強(qiáng)度由弱到強(qiáng)依次進(jìn)行磁化的過(guò)程中，可以得到面積由小到大向外擴(kuò)張的一簇磁滯回線(xiàn)，如圖20—2所示。這些磁滯回線(xiàn)頂點(diǎn)的連線(xiàn)稱(chēng)為鐵磁材料的基本磁化曲線(xiàn)。由此可近似確定其磁導(dǎo)率μ=B/H。因B與H非線(xiàn)性，故鐵磁材料的μ不是常數(shù)，而是隨H而變化，如圖20—3所示。在實(shí)際應(yīng)用中，常使用相對(duì)磁導(dǎo)率μr=μ/μ0。μ0為真空中的磁導(dǎo)率，鐵磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率可高達(dá)數(shù)千乃至數(shù)萬(wàn)，這一特點(diǎn)是它用途廣泛的主要原因之一。