Welches ist der Prozess zur Messung der Hysterese-Schleife eines Materials wie Eisen?

Verfahren zur Messung der Hysterese-Schleife von Materialien wie Eisen

Die Messung der Hysterese-Schleife (Hysteresis Loop) von Materialien wie Eisen ist ein wichtiger experimenteller Prozess, um die magnetischen Eigenschaften dieser Materialien zu untersuchen. Die Hysterese-Schleife liefert entscheidende Informationen über Energieverlust, Coerzitivität und Remanenz während der Magnetisierungs- und Demagnetisierungsprozesse. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Anleitung zur Messung der Hysterese-Schleife:

Experimentelle Ausrüstung

• Stromversorgung: Bietet eine stabile Gleich- oder Wechselstromquelle.

• Magnetisierspule: Um den Probestoff gewickelt, um ein Magnetfeld zu erzeugen.

• Hall-Effekt-Sensor: Wird verwendet, um die magnetische Induktion B im Probestoff zu messen.

• Ammeter: Wird verwendet, um den Strom I durch die Magnetisierspule zu messen.

• Datenakquisitionsystem: Wird verwendet, um experimentelle Daten aufzuzeichnen und zu verarbeiten.

• Probenträger: Fixiert den Probestoff, um seine Position stabil zu halten.

Experimentelle Schritte

Vorbereiten des Probestoffs:

Sichern Sie das Testmaterial (wie einen Eisendraht oder eine Eisenscheibe) im Probenträger, um sicherzustellen, dass seine Position stabil ist.

Einrichten der Magnetisierspule:

Wickeln Sie die Magnetisierspule fest um den Probestoff, wobei darauf geachtet werden sollte, dass sie gleichmäßig verteilt ist.

Verbinden des Schaltkreises:

Verbinden Sie die Magnetisierspule mit der Stromversorgung und dem Ammeter, wobei sichergestellt werden sollte, dass die Schaltkreisverbindungen korrekt sind.

Platzieren Sie den Hall-Effekt-Sensor an einer geeigneten Stelle auf dem Probestoff, um die magnetische Induktion B zu messen.

Kalibrieren der Ausrüstung:

Kalibrieren Sie den Hall-Effekt-Sensor und den Ammeter, um genaue Messungen sicherzustellen.

Initiale Demagnetisierung:

Führen Sie eine initiale Demagnetisierung des Probestoffs durch, um sicherzustellen, dass er in einem nullmagnetisierten Zustand ist. Dies kann erreicht werden, indem ein umgekehrtes Magnetfeld angewendet wird oder der Probestoff über seinen Curie-Punkt erhitzt und dann abgekühlt wird.

Allmähliche Erhöhung des Magnetfelds:

Erhöhen Sie den Strom I durch die Magnetisierspule allmählich und notieren Sie die magnetische Induktion B bei jedem Stromwert. Verwenden Sie das Datenakquisitionsystem, um die entsprechenden Werte von I und B aufzuzeichnen.

Allmähliche Verringerung des Magnetfelds:

Verringern Sie den Strom I durch die Magnetisierspule allmählich und notieren Sie die magnetische Induktion B bei jedem Stromwert. Setzen Sie die Aufzeichnung der entsprechenden Werte von I und 

B fort, bis der Strom wieder auf Null zurückgegangen ist.

Wiederholung der Messungen:

Um genauere Daten zu erhalten, wiederholen Sie die oben beschriebenen Schritte mehrmals, um die Konsistenz und Zuverlässigkeit der Daten sicherzustellen.

Aufzeichnung der Hysterese-Schleife:

Verwenden Sie die aufgezeichneten Daten, um die Beziehung zwischen der magnetischen Induktion B und der magnetischen Feldstärke H darzustellen.

Die magnetische Feldstärke H kann mit der folgenden Formel berechnet werden: H= NI/L

wobei:

• N die Anzahl der Wicklungen in der Magnetisierspule ist

• I der Strom durch die Magnetisierspule ist

• L die mittlere Länge der Magnetisierspule ist

Datenanalyse

Bestimmung der Remanenz Br:

Die Remanenz Br ist die magnetische Induktion, die im Material verbleibt, wenn die magnetische Feldstärke H Null ist.

Bestimmung der Coerzitivität Hc :

Die Coerzitivität Hc ist die umgekehrte magnetische Feldstärke, die erforderlich ist, um die magnetische Induktion B von ihrem positiven Maximalwert auf Null zu reduzieren.

Berechnung des Hysterese-Verlusts:

Der Hysterese-Verlust kann geschätzt werden, indem man die Fläche innerhalb der Hysterese-Schleife berechnet. Der Hysterese-Verlust Ph kann mit der folgenden Formel ausgedrückt werden: P h =f⋅Fläche der Hysterese-Schleife, wobei:

f die Frequenz (Einheit: Hertz, Hz) ist

Vorsichtsmaßnahmen

• Temperaturkontrolle: Halten Sie während des Experiments eine konstante Temperatur, um den Einfluss von Temperaturschwankungen auf die Messergebnisse zu vermeiden.

• Datenaufzeichnung: Sorgen Sie für eine genaue und vollständige Datenaufzeichnung, um Auslassungen oder Fehler zu vermeiden.

• Kalibrierung der Ausrüstung: Kalibrieren Sie die experimentelle Ausrüstung regelmäßig, um die Zuverlässigkeit der Messergebnisse sicherzustellen.

Indem Sie diese Schritte befolgen, können die Hysterese-Schleifen von Materialien wie Eisen effektiv gemessen werden, und wichtige magnetische Eigenschaften können ermittelt werden. Diese Parameter sind entscheidend für die Materialauswahl und -anwendung.