實驗一哈耳效應-Ntu.edu.tw.docVIP

實驗九　磁滯曲線 電機一陳東傑 實驗主題： 測定軟鐵及鋼鐵的磁滯曲線。研究鐵磁性物質磁化過程的材料特性。 本實驗步驟是逐漸加大電流來增加磁場，再逐漸減小電流．再通以反向電流，而得磁滯曲線。 將鐵磁性物質置於一外加磁場下，當外加磁場由零（a點）逐漸增大時，鐵磁性物質之感應磁場也隨之培大。當外加磁場增大到某一程度後，無論磁場再如何增大，鐵磁性物質感應的磁場也不再增大，此即達到飽和（b點）。此時，再逐漸減小外加磁場，則鐵磁性物質之感應磁場亦隨之減小但減小較慢，而不沿原磁化曲線ab返回，而是沿另一曲線bc變化。直到外加磁場降為零，而鐵磁性物質仍保有磁性，此即磁滯現象，而此點（c點）之磁場強度則稱為該物質之頑磁。 再通以反向之磁場並逐漸加大，當鐵磁物質之磁性為零時（d點）之外加磁場大小即為此物質之抗磁力或矯頑力，或稱之為抗磁場強度。相同於正向之外加磁場之效應，反向磁場大到某一程度，鐵磁性物質磁化強度亦會達到飽和（e點），減小反向磁場至零點（f點），鐵磁性物質仍其磁性。再通以上向磁場，磁化曲線會沿曲線fgb到達b點而成一個封閉曲線。此封閉曲線即稱為磁滯曲線。 （圖一） 若我們將鐵磁性物質放大，我們將會看到如圖二之圖樣。圖中箭頭所在之一個區域，稱之為磁域或鐵磁疇，而箭頭之方向為此磁域磁化的方向，每個磁域內電上磁矩方向大致相同。 但是當我們外一個磁場時，電子磁矩會受一個力矩而試圖轉到與外加磁場平行之力向上。但由於在磁域中，電子磁矩仍傾向於與其鄰近電子磁矩同方向，故大部分的電子磁矩會抵抗此一力矩。然而，磁域與磁域相連接之邊界上，由於受外加磁場產生力矩之影響，二者磁域會互相競爭，而方向較平行於外加磁場之磁域邊界受力矩之影響大，再慢慢轉向於平行外加磁場之方向，而其磁域就會逐漸增大，其他不平行於外加磁場方向的磁域則會逐漸減小。當外加磁場大到某一種程度時，則整個材料會剩下一個磁矩方向平行於外加磁場的磁域，此時，就是飽和了。但這整個過程並不可逆，因為當外加磁場逐漸減小時，只有部份的磁域恢復任意之方向，仍留下一些較具優勢之磁域，其磁化方向和原外加磁場相同，所以留下磁性，此即磁滯的現象，而此材料則成為永久磁鐵。若施以反向磁場，則可消去之。當然再逐漸加大反向磁場，亦會有相同於正向磁場之效應，只是磁化方向相反而已。 實驗步驟 （一）利用交流電去磁 取一螺線管，接上交流電源供應器及電流計（如圖三），再將待去磁之物體插入螺線管中。 在不使螺線管發熱的範圍內將交流電源供應器上的電壓逐漸增大，亦即增大電流計中電流。經過一段時間後，緩慢減小電流至零點，即已完成去磁。 （圖三） （二）磁滯曲線之測量 取兩相同之螺線管置架上，使二者距磁力計之距離相同，並與其指針垂直。如圖四，接上直流電源供應器、電流計及換向器，注意兩螺線管電流方向須相反方可抵消二者之磁場。 將換向器調至0N的位置，並打開直流電源供應器，調整電流使之不超過2安培，調整左右兩邊螺線管之位置，使磁力計之指針留在原位不動，即二者產生之磁場於磁力計處完全抵消。 關掉電流，將待測磁滯曲線之物體置於其中一個螺線管中，注意此時磁力計指針是否有偏轉。若有偏轉，即表示待測物未完全去磁，得重複1之步驟直至完全去磁為止。 每0.2安培調整一次電流，並記錄磁力計偏轉之角度。 達飽和後，再相同的以每0.2安培減小電流，記錄偏轉角度。直到電流為零時，切換換向器之ON的位置，到另一個ON處，改變電流的方向，再繼續每0.2安培加大電流，記錄偏轉角度，直到飽和為止。 相同的，飽和後，每0.2安培減小電流，記錄偏轉角度，直到電流為零時，切換換向器之0N的位置，再繼續每0.2安培加大電流、記錄偏轉角度，直到飽和，即完成一個磁滯迴路的步驟。 將所得的偏轉角度作tanθ與電流的圖形，得磁滯曲線。 實驗數據： 軟鐵棒 電流(A) θ θ θ tanθ tanθ tanθ 3.2 58 58 58 1.600335 1.600335 1.600335 3 56.5 57 56 1.510835 1.539865 1.482561 2.8 55 56 54.5 1.428148 1.482561 1.401948 2.6 54 55 53 1.376382 1.428148 1.327045 2.4 51 54 50.5 1.234897 1.376382 1.213097 2.2 48 51 47.5 1.110613 1.234897 1.091309 2 45 48.5 44.5 1 1.130294 0.982697 1.8 41 46 40.5 0.869287 1.03553 0.854081 1.6 37.5 42.5 37 0.767327 0.916331 0.753554 1.4