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、鈷、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。本實驗使用單片機採集數據，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滯回線。
【原理】
1)鐵磁材料的磁化及磁導率
鐵磁物質的磁化過程很複雜，這主要是由於它具有磁滯的特性。一般都是通過測量磁化場的磁場強度H和磁感應強度B之間的關係來研究其磁性規律的。
圖20—1 起始磁化曲線和磁滯回線
圖20—2 基本磁化曲線
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曲線的坐標原點0。隨著磁化場H的增加，B也隨之增加，但兩者之間不是線性關係。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態。Hm和Bm分別為飽和時的磁場強度和磁感應強度(對應於圖中a點)。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對應的曲線軌跡並不沿原曲線軌跡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，這種現象稱為磁滯，Br稱為剩磁。將磁化場反向，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態的能力。圖20—1表明，當磁場按Hm→0→-Hc→-Hm→0→Hc→Hm次序變化時，B所經歷的相應變化為Bm→Br→0→-Bm→-Br→0→Bm。於是得到一條閉合的B～H曲線，稱為磁滯回線。所以，當鐵磁材料處於交變磁場中時(如變壓器中的鐵心)，它將沿磁滯回線反覆被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此過程中要消耗額外的能量，並以熱的形式從鐵磁材料中釋放，這種損耗稱為磁滯損耗。可以證明，磁滯損耗與磁滯回線所圍面積成正比。
應該說明，對於初始態為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滯回線，如圖20—2所示。這些磁滯回線頂點的連線稱
圖20—3 鐵磁材料μ與H關係曲線
為鐵磁材料的基本磁化曲線。由此可近似確定其磁導率μ=B/H。因B與H非線性，故鐵磁材料的μ不是常數，而是隨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。
2)B～H曲線的測量方法
實驗線路如圖20—4所示。待測樣品為E1型矽鋼片，勵磁線圈匝數N1=50;用來測量磁感應強度B而設置的探測線圈匝數N2=150;R1為勵磁電流取樣電阻，R1為0.5Ω～5.0Ω。設通過勵磁線圈的交流勵磁電流為I1，根據安培環路定律，樣品的磁化場強
(20—1)
式中：L為樣品的平均磁路，本實驗L=60.0mm。設R1的端電壓為U1，則可得
因此，
(20—2)
式(20—2)中的N1，L，R1均為已知常數，所以由U1可確定H。
圖20—4 磁滯回線測量線路
樣品的磁感應強度B的測量是通過探測線圈和R2C2組成的電路來實現的。根據法拉第電磁感應定律，在交變磁場下由於樣品中的磁通量φ的變化，在探測線圈中產生的感生電動勢的大小
(20—3)
由式(20—3)可推導出
(20—4)
S為樣品的截面積。
如果忽略自感電動勢和電路損耗，則迴路方程為
E=I2R2+U2
式中：I2為感生電流;U2為積分電容C2兩端電壓。設在Δt時間內，I2向電容C2的充電電量為Q，則
U2=Q/C2
因此E=I2R2+Q/C2
如果選取足夠大的R2和C2，使I2R2>>Q/C2，
則E=I2R2
所以
(20—5)
由式(20—4)和式(20—5)可得
(20—6)
式中：C2，R2，N2和S均為已知常量(本實驗中C2=20μF，R2=10kΩ，S=80mm2)，所以測量U2可確定B。
【實驗要求】
(1)電路連接：選樣品1，按實驗儀上所給的電路圖連接線路，並令R1=2.5Ω;「U選擇」置於0位。UH和UB(即U1和U2)分別接示波器的「x輸入」和「y輸入」，插孔⊥為公共端。
(2)樣品退磁：開啟實驗儀電源，對試樣進行退磁，即按順時針方向轉動「U選擇」旋鈕，使U從0V增加至3V，然後逆時針方向轉動旋扭使U從最大值降為0V，其目的是消除剩磁，即退磁過程，確保樣品處於磁中性狀態，即H=B=0，如圖20—5所示。
圖20—5 退磁過程
(3)觀察磁滯回線：開啟示波器電源，令光點位於坐標網格中心，令U=2.2V，分別調節示波器x和y軸的靈敏度，使顯示屏上出現圖形大小合適的磁滯回線(若圖的頂部出現編織狀的小環，可適當降低勵磁電壓U予以消除)。
(4)觀察基本磁化曲線：按實驗要求(2)對樣品進行退磁，從U=0開始，逐步提高勵磁電壓，將在顯示屏上得到面積由小到大一個套一個的一簇磁滯回線，藉助長餘輝示波器，可觀察到該曲線的軌跡。
(5)觀察比較樣品1和樣品2的磁化性能。
(6)測μ～H曲線：仔細閱讀測試儀的使用說明，連接實驗儀和測試儀之間的連線。開啟電源，對樣品進行退磁後，按測試儀使用說明依次測定U=0.5，1.0，…，3.0V時的10組Hm和Bm值，作μ～H曲線。
(7)令U=3.0V，R1=2.5Ω測定樣品1的Bm、Br，Hc等參數。
(8)取實驗要求(7)中的H和其相應的B值，用坐標紙繪製B～H曲線，實驗數據點數可取32～40點即每象限8～10點。